Question

【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______________。

Answer 1

【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。