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【题目】利用水钴矿(主要成分为Co2O3,含少量Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO、CaO、SiO2等)可以制取多种化工试剂。下图是草酸钴晶体和氯化钴晶体的制备流程,回答下列问题:

已知:①浸出液中含有的阳离子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Al3+、Mg2+、Ca2+等。

②流程中部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见表:

沉淀物

Fe(OH)3

Fe(OH)2

Co(OH)2

Al(OH)3

Mn(OH)2

开始沉淀

2.7

7.6

7.6

4.0

7.7

完全沉淀

3.7

9.6

9.2

5.2

9.8

(1)浸出过程中Co2O3发生反应的离子方程式为______________。

(2)1molNaClO3在浸出液中发生反应时,转移的电子数为_________。

(3)加入Na2CO3调pH至5.2只得到两种沉淀,则沉淀I的成分为______________(填化学式,下同);萃取剂层含锰元素,则沉淀Ⅱ的主要成分为______________。

(4)操作Ⅰ包括:将水层加入浓盐酸调整pH为2~3、________、________、过滤、洗涤、减压烘干等过程。

(5)将5.49g草酸钴晶体(CoC2O4·2H2O)置于空气中加热,受热过程中,不同温度范围内得到一种不同的固体物质,其质量如表。

温度范围/℃

固体质量/g

150~210

4.41

290~320

2.41

经测定,整个受热过程产生的气体只有水蒸气和CO2,则290~320℃范围内,剩余固体物质的化学式为______________。

【答案】Co2O3+SO32-+4H+===2Co2++SO42-+2H2O 6NA或3.612×1024 Fe(OH)3、Al(OH)3 CaF2、MgF2 蒸发浓缩 冷却结晶 Co3O4(或CoO·Co2O3)

【解析】

含钴废料中加入盐酸,可得到CoCl3、FeCl3、AlCl3、MnCl2、MgCl2、CaCl2,根据信息①中浸出液中含有的阳离子只要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Al3+、Mg2+、Ca2+等,则进入的Na2SO3将Co3+、Fe3+还原为Co2+、Fe2+。工艺流程最终为草酸钴,NaClO3将Fe2+氧化为Fe3+,加入Na2CO3调pH至5.2,可得到Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀,过滤后得到的滤液主要含有CoCl2、MnCl2、CaCl2,用NaF溶液出去Ca、Mg,过滤后向滤液中加入萃取剂,将Mn2+萃取,萃取后的溶液中主要含有CoCl2,加入草酸铵溶液得到草酸钴。

(1)根据上述分析可知浸出过程中Co2O3发生的离子反应为:Co2O3+SO32-+4H+===2Co2++SO42-+2H2O;

(2)NaClO3具有氧化性,能将Fe2+氧化成Fe3+,自身还原成Cl-,离子方程式为ClO3-+6Fe2++6H+=Cl-+6Fe3++3H2O,根据方程式可知1molNaClO3在浸出液中发生反应时,转移的电子数为6NA;

(3)根据上述分析可知,加入Na2CO3调节pH的目的是使Fe3+和Al3+沉淀完全;沉淀Ⅱ的主要成分为CaF2和MgF2;

(4)操作Ⅰ包括:将水层加入浓盐酸调整pH至2-3,蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、减压烘干等过程;

(5)5.49g草酸钴晶体的物质的量是0.03mol,分解生成水的质量是1.08g,所以150-210℃时失水,剩余固体是CoC2O4;290-320℃时剩余固体中Co的质量是1.77g,氧原子是质量是2.41g-1.77g=0.64g,物质的量为0.64/16=0.04mol,则剩余固体中Co原子与O原子的物质的量比为3:4,所以化学式为Co3O4。

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