Question

【题目】CoCO3可用作选矿剂、催化剂及伪装涂料的颜料。以含钴废渣(主要成份CoO、Co2O3，还含有Al2O3、ZnO等杂质)为原料制备CoCO3和ZnSO4溶液的一种工艺流程如下：

下表是相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH(按金属离子浓度为1.0mol·L-1计算)：

金属离子	开始沉淀的pH	完全沉淀的pH
Co2+	7.6	9.4
Al3+	3.0	5.0
Zn2+	5.4	8.0

(1)写出“酸浸”时发生氧化还原反应的化学方程式________________________。

(2)“除铝”过程中需要调节溶液pH的范围为_________，形成沉渣时发生反应的离子方程式为______________________。

(3)在实验室里，萃取操作用到的玻璃仪器主要有_________________；上述“萃取”过程可表示为ZnSO4(水层)+2HX(有机层)ZnX2(有机层)+H2SO4(水层)，由有机层获取ZnSO4溶液的操作是______________。

(4)“沉钴”时，Na2CO3溶液滴加过快会导致产品不纯，请解释原因___________________。

(5)在空气中煅烧CoCO3生成某种钴氧化物和CO2，若充分煅烧一定量CoCO3后测定所得固体质量为2.41g，CO2的体积为0.672L(标准状况)，假设固体为纯净物，其化学式为__________。

Answer 1

【答案】Co2O3+SO2+H2SO4=2CoSO4+H2O 5.0≤pH＜5.4(或5.0-5.4) 2Al3++3CO32-+3H2O=2Al(OH)3↓+3CO2↑ 分液漏斗、烧杯 向有机层中加入适量的硫酸溶液充分振荡，静置分离出水层 Na2CO3溶液滴加过快，会导致局部碱性过强而产生Co(OH)2 Co3O4

【解析】

以含钴废渣(主要成份CoO、Co2O3，还含有Al2O3、ZnO等杂质)为原料制备CoCO3和ZnSO4溶液，根据流程：“酸浸”时金属氧化物与硫酸发生反应而溶解，结合最终产物CoCO3中Co元素价态可得，“酸浸”时SO2的作用是将含钴废渣中+3价的Co还原为+2价；“除铝”时加入Na2CO3，Al3+与CO32-发生双水解反应生成Al(OH)3沉淀除去；加入萃取剂HX(有机物)，进一步从有机层得到ZnSO4溶液；“沉钴”时向CoSO4溶液中加入Na2CO3溶液产生CoCO3沉淀。

（1）“酸浸”时加入H2SO4和SO2，由于SO2具有还原性，SO2将钴废渣中+3价的Co还原为+2价，“酸浸”时发生的非氧化还原反应为：CoO+H2SO4=CoSO4+H2O、Al2O3+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2O、ZnO+H2SO4=ZnSO4+H2O，发生的氧化还原反应为Co2O3+SO2+H2SO4=2CoSO4+H2O。

（2）“除铝”过程中Al3+完全沉淀，其它金属阳离子不形成沉淀，根据已知Co2+、Al3+、Zn2+开始沉淀和沉淀完全的pH，“除铝”过程中需要调节溶液pH的范围为5.0~5.4。形成沉渣时加入的是Na2CO3，发生的是Al3+与CO32-的双水解反应，形成沉渣时反应的离子方程式为2Al3++3CO32-+3H2O=2Al(OH)3↓+3CO2↑。

（3）在实验室里，萃取操作用到的玻璃仪器主要有分液漏斗、烧杯；根据萃取反应ZnSO4(水层)+2HX(有机层) ZnX2(有机层)+H2SO4(水层)可得，由有机层获得ZnSO4溶液，要使平衡逆向移动，所以要向有机层中加入硫酸，然后分液，所以由有机层获取ZnSO4溶液的操作是：向有机层中加入适量的硫酸溶液充分振荡，静置分离出水层。

（4）“沉钴”时是向CoSO4溶液中加入Na2CO3溶液产生CoCO3沉淀，由于Na2CO3溶液呈碱性，若Na2CO3溶液滴加过快会导致局部碱性过强而产生Co(OH)2沉淀，导致产品CoCO3中混有Co(OH)2。

（5）0.672L(标准状况)CO2的物质的量为0.03mol，根据C元素守恒，n(CoCO3)=n(CO2)=0.03mol；根据Co元素守恒，n(Co)=0.03mol，m(Co)=0.03mol×59g/mol=1.77g，则氧化物中m(O)=2.41g-1.77g=0.64g，所以n(O)=0.04mol，n(Co)：n(O)=0.03mol：0.04mol=3:4，故该钴氧化物的化学式为Co3O4。