Question

【题目】以含钴废催化剂(主要成分为Co、Fe、SiO2)为原料来制取氧化钴(Co2O3)，是我国生产氧化钴常见的工业方法之一。其生产流程如下：

已知：KMnO4的氧化性强，可以氧化HBr、HCl、Fe2＋等。

请回答以下问题：

（1）“溶解”前，需将含钴废催化剂粉碎的目的是____________，“溶解”后所得滤渣的主要成分是________________(填化学式)。

（2）“氧化”的目的是将Fe2＋氧化成Fe3＋，该反应的离子方程式为__________；实验中能否选用KMnO4溶液检验Fe2＋是否完全氧化?______ (填“能”或“不能”)，理由是______________________________。

（3）“除铁”步骤中，当Fe3＋与CO32－的物质的量相等时，恰好完全反应生成黄钠铁矾[Na2Fe6(SO4)4(OH)12]沉淀，写出该反应的化学方程式：_____________

（4）加入Na2CO3溶液后生成“沉淀”，过滤后需用水洗涤沉淀，检脸沉淀已经洗涤干净的方法是______________

（5）现取10.0g含钴废催化剂(含钴的质量分数为70.8%)模拟以上生产流程进行实验，最终得到7.47g氧化钴，则该实验的产率为__________________

Answer 1

【答案】增大接触面积，加快浸取速率 SiO2 6Fe2++6H++ClO3-═6Fe3++Cl-+3H2O 不能 反应后的溶液中含有H+和Cl—，也会使KMnO4溶液褪色 3Fe2（SO4）3+6H2O+6Na2CO3=Na2Fe6（SO4）4（OH）12↓+5Na2SO4+6CO2↑ 取最后一次洗涤液，加入盐酸酸化的氯化钡溶液，若没有沉淀生成，说明沉淀洗涤干净 75%

【解析】

由流程图可知，向含钴废催化剂中加入稀硫酸，钴和铁与硫酸反应，反应的化学方程式为Co+H2SO4=CoSO4+H2↑、Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑，二氧化硅与稀硫酸不反应，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；向滤液中加入氯酸钠，氯酸钠具有氧化性，酸性条件下将亚铁离子氧化成铁离子；向反应后溶液中加入碳酸钠，调节溶液pH为2，将溶液中的铁离子转化为黄钠铁矾[Na2Fe6（SO4）4（OH）12]沉淀除去；过滤，向滤液中继续加入碳酸钠，调节溶液pH为7，得到碳酸钴沉淀；过滤，用盐酸溶解碳酸钴沉淀，再向所得溶液中加入草酸铵，得到草酸钴沉淀，过滤，灼烧草酸钴沉淀，草酸钴沉淀与空气中氧气反应生成氧化钴。

（1）“溶解”前，需将含钴废催化剂粉碎，目的是增大固体的表面积，增大含钴废催化剂与稀硫酸的接触面积，加快浸取速率；“溶解”时，钴和铁与硫酸反应，二氧化硅与稀硫酸不反应，则溶解后，过滤所得滤渣的主要成分是SiO2，故答案为：增大接触面积，加快浸取速率；SiO2；

（2）向滤液中加入氯酸钠，氯酸钠具有氧化性，酸性条件下将亚铁离子氧化成铁离子，反应的离子方程式为：6Fe2++6H++ClO3-═6Fe3++Cl-+3H2O；KMnO4的氧化性强，酸性条件下，高锰酸钾能与Cl—发生氧化还原反应，使KMnO4溶液褪色，因氧化后的溶液中含有H+和Cl—，会干扰Fe2＋检验，则不能选用KMnO4溶液检验Fe2＋是否完全氧化，故答案为：6Fe2++6H++ClO3-═6Fe3++Cl-+3H2O；不能；反应后的溶液中含有H+和Cl—，也会使KMnO4溶液褪色；

（3）“除铁”步骤中，当Fe3＋与CO32－的物质的量相等时，生成硫酸铁与碳酸钠发生双水解反应，反应生成黄钠铁矾[Na2Fe6(SO4)4(OH)12]沉淀、硫酸钠和二氧化碳，反应的化学方程式为3Fe2（SO4）3+6H2O+6Na2CO3=Na2Fe6（SO4）4（OH）12↓+5Na2SO4+6CO2↑，故答案为：3Fe2（SO4）3+6H2O+6Na2CO3=Na2Fe6（SO4）4（OH）12↓+5Na2SO4+6CO2↑；

（4）加入Na2CO3溶液，碳酸钠与溶液中钴离子反应生成碳酸钴沉淀，碳酸钴沉淀表面附有可溶的硫酸钠或氯化钠杂质，则可以用盐酸酸化的氯化钡溶液检验最后一次洗涤液是否含有硫酸根，检验测定是否洗涤干净，具体操作为取最后一次洗涤液，加入盐酸酸化的氯化钡溶液，若没有沉淀生成，说明沉淀洗涤干净，故答案为：取最后一次洗涤液，加入盐酸酸化的氯化钡溶液，若没有沉淀生成，说明沉淀洗涤干净；

（5）含钴的质量分数为70.8%的10.0g含钴废催化剂中钴原子的物质的量为=0.12mol，由钴原子个数守恒可知Co2O3的物质的量为0.06mol，则实验的产率为×100%=75%，故答案为：75%。