Question

16．以含钴废催化剂（主要成分为Co、Fe、SiO₂）为原料，制取氧化钴的流程如图1：

（1）溶解：溶解后过滤，将滤渣洗涤2～3次，洗液与滤液合并，其目的是提高钴等元素的利用率；所得滤渣的主要成分是SiO₂（写化学式）．
（2）氧化：加热搅拌条件下加入NaClO₃，将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，其离子方程式6Fe²⁺+6H⁺+ClO₃^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O；
已知：铁氰化钾化学式为K₃[Fe（CN）₆]；亚铁氰化钾化学式为K₄[Fe（CN）₆]•3H₂O．
3Fe²⁺+2[Fe（CN）₆]^3-═Fe₃[Fe（CN）₆]₂↓（蓝色沉淀）
4Fe³⁺+3[Fe（CN）₆]^4-═Fe₄[Fe（CN）₆]₃↓（蓝色沉淀）
确定Fe²⁺是否氧化完全的方法是取氧化后的溶液少许于试管中，滴加几滴铁氰化钾溶液，若无蓝色沉淀生成，则Fe²⁺已全部被氧化．（可供选择的试剂：铁氰化钾溶液、亚铁氰化钾溶液、铁粉、KSCN溶液）
（3）除铁：加入适量的Na₂CO₃调节酸度，生成黄钠铁矾[Na₂Fe₆（SO₄）₄（OH）₁₂]沉淀，写出该反应的化学方程式3Fe₂（SO₄）₃+6H₂O+6Na₂CO₃=Na₂Fe₆（SO₄）₄（OH）₁₂↓+5Na₂SO₄+6CO₂↑．
（4）沉淀：生成沉淀碱式碳酸钴[（CoCO₃）₂•3Co（OH）₂]，沉淀需洗涤，洗涤的操作是向漏斗中加入蒸馏水至浸没沉淀，静置使滤液流出．重复操作2～3次．
（5）溶解：CoCl₂的溶解度曲线如图2所示．向碱式碳酸钴中加入足量稀盐酸，边加热边搅拌至完全溶解后，需趁热过滤，其原因是防止因温度降低，CoCl₂晶体析出．
（6）灼烧：准确称取所得CoC₂O₄ 1.470g，在空气中充分灼烧得0.830g氧化钴，写出氧化钴的化学式Co₂O₃．

Answer 1

分析 钴废催化剂加入稀硫酸，发生Co+H₂SO₄=CoSO₄+H₂↑，Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑，过滤滤渣是不溶的二氧化硅，而滤液是硫酸钴、硫酸亚铁与过量的硫酸的混合溶液，向滤液中加氯酸钠将亚铁离子氧化成铁离子，然后加入碳酸钠得到黄钠铁矾[Na₂Fe₆（SO₄）₄（OH）₁₂]沉淀，继续向滤液中加入碳酸钠，得到碱式碳酸钴[（CoCO₃）₂•3Co（OH）₂]，然后用盐酸溶解碱式碳酸钴[（CoCO₃）₂•3Co（OH）₂]，再向所到溶液中加入草酸铵，得到溶解度极小的草酸钴，最后燃烧生成氧化钴，
（1）洗液与滤液合并，提高洗涤和滤液中钴的利用率，滤渣应该是原料中不溶于稀硫酸的成分；
（2）亚铁离子被氯酸根离子氧化成铁离子，根据得失电子守恒分析解答；根据3Fe²⁺+2[Fe（CN）₆]^3-=Fe₃[Fe（CN）₆]₂↓（蓝色沉淀）；4Fe³⁺+3[Fe（CN）₆]^4-=Fe₄[Fe（CN）₆]₃↓（蓝色沉淀），如果亚铁离子部分氧化，滴加无色的硫氰化钾生成蓝色沉淀，可向氧化后的溶液中滴入硫氰化钾，观察是否有蓝色沉淀生成；
（3）生成硫酸铁与碳酸钠发生双水解得到黄钠铁矾，书写化学方程式；
（4）沉淀洗涤的方法是向漏斗中加入蒸馏水至浸没沉淀，静置使滤液流出．重复操作2～3次；
（5）CoCl₂的溶解度曲线可知，随温度的升高，CoCl₂的溶解度增大，所以趁热过滤，防止温度降低氯化钴析出；
（6）CoC₂O₄的质量为1.470g，其我知道可为0.01mol，Co元素质量为0.59g，钴氧化物质量为0.83g，氧化物中氧元素质量为0.83g-0.59g=0.24g，则氧化物中Co原子与O原子物质的量之比为0.01mol：$\frac{0.24}{16}$≈2：3，据此可确定该氧化物的化学式．

解答 解：钴废催化剂加入稀硫酸，发生Co+H₂SO₄=CoSO₄+H₂↑，Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑，过滤滤渣是不溶的二氧化硅，而滤液是硫酸钴、硫酸亚铁与过量的硫酸的混合溶液，向滤液中加氯酸钠将亚铁离子氧化成铁离子，然后加入碳酸钠得到黄钠铁矾[Na₂Fe₆（SO₄）₄（OH）₁₂]沉淀，继续向滤液中加入碳酸钠，得到碱式碳酸钴[（CoCO₃）₂•3Co（OH）₂]，然后用盐酸溶解碱式碳酸钴[（CoCO₃）₂•3Co（OH）₂]，再向所到溶液中加入草酸铵，得到溶解度极小的草酸钴，最后燃烧生成氧化钴，
（1）洗液与滤液合并，可提高洗涤和滤液中钴的利用率；所得滤渣为二氧化硅，化学式为：SiO₂，
故答案为：提高钴等元素的利用率；SiO₂；
（2）亚铁离子被氯酸根离子氧化成铁离子，1molr的亚铁离子失去1mol的电子，而1mol的氯酸根离子得到6mol的电子，根据电子得失守恒，可知离子方程式为：6Fe²⁺+6H⁺+ClO₃^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O，取氧化后的溶液少许于试管中，滴加几滴铁氰化钾溶液，若无蓝色沉淀生成，则Fe²⁺已全部被氧化，
故答案为：6Fe²⁺+6H⁺+ClO₃^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O；取氧化后的溶液少许于试管中，滴加几滴铁氰化钾溶液，若无蓝色沉淀生成，则Fe²⁺已全部被氧化；
（3）生成硫酸铁与碳酸钠发生双水解得到黄钠铁矾，化学反应方程式为：3Fe₂（SO₄）₃+6H₂O+6 Na₂CO₃=Na₂Fe₆（SO₄）₄（OH）₁₂↓+5 Na₂SO₄+6CO₂↑，
故答案为：3Fe₂（SO₄）₃+6H₂O+6 Na₂CO₃=Na₂Fe₆（SO₄）₄（OH）₁₂↓+5 Na₂SO₄+6CO₂↑；
（4）沉淀洗涤的方法是：向漏斗中加入蒸馏水至浸没沉淀，静置使滤液流出．重复操作2～3次，
故答案为：向漏斗中加入蒸馏水至浸没沉淀，静置使滤液流出．重复操作2～3次；
（5）CoCl₂的溶解度曲线可知，随温度的升高，CoCl₂的溶解度增大，所以趁热过滤，防止温度降低氯化钴析出，
故答案为：防止因温度降低，CoCl₂晶体析出；
（6）CoC₂O₄的质量为1.470g，其我知道可为0.01mol，Co元素质量为0.59g，钴氧化物质量为0.83g，氧化物中氧元素质量为：0.83g-0.59g=0.24g，则氧化物中Co原子与O原子物质的量之比为0.01mol：$\frac{0.24}{16}$≈2：3，故Co氧化物为Co₂O₃，
故答案为：Co₂O₃．

点评 本题通过制取氧化钴，考查了物质制备方案的设计，题目难度中等，根据制备流程明确实验原理为解答关键，注意掌握常见化学实验基本操作方法，能够正确书写反应的化学方程式、离子方程式，试题知识点较多、综合性较强，充分考查了学生的分析能力及化学实验能力．