Question

3．草酸钴用途广泛，可用于指示剂和催化剂制备．一种利用水钴矿[主要成分为Co₂O₃，含少量Fe₂O₃、Al₂O₃、MnO、MgO、CaO等]制取CoC₂O₄•2H₂O工艺流程如图1：

已知：①浸出液含有的阳离子主要有H⁺、Co²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Al³⁺等；
②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
完全沉淀的pH	3.7	9.6	9.2	5.2	9.8

（1）浸出过程中加入Na₂SO₃的目的是将Co³⁺、Fe³⁺还原．该步反应的离子方程式为SO₃^2-+2Fe³⁺+H₂O=SO₄^2-+2Fe²⁺+2H⁺．（写出一个）
（2）NaClO₃的作用是将浸出液中Fe²⁺氧化为Fe³⁺．
（3）加Na₂CO₃调PH=5.2能使Fe³⁺、Al³⁺离子转化成氢氧化物沉淀，利用平衡移动原理分析的原因是因Fe³⁺和Al³⁺（用M³⁺代替）在水溶液中存在平衡M³⁺+H₂O?M（OH）₃+3H⁺，加入碳酸钠后CO₃^2-与H⁺结合生成难电离的HCO₃^-，使水解平衡右移而产生沉淀．
（4）萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系如图2所示．滤液Ⅱ中加入萃取剂的作用是除去Mn²⁺；使用萃取剂适宜的pH=B（填序号）左右．
A．2.0       B．3.0      C． 4.0
（5）滤液Ⅰ“除钙、镁”是将溶液中Ca²⁺与Mg²⁺转化为CaF₂、MgF₂沉淀而除去．已知K_sp（MgF₂）=7.35×10^-11、K_sp（CaF₂）=1.05×10^-10．当加入过量NaF后，所得滤液c（Mg²⁺）/c（Ca²⁺）=0.7．

Answer 1

分析 （1）（2）（3）含钴废料中加入盐酸，可得CoCl₃、FeCl₃、AlCl₃、MnCl₂、MgCl₂、CaCl₂，信息①中浸出液含有的阳离子主要有H⁺、Co²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Al³⁺等，则加入的Na₂SO₃将Co³⁺、Fe³⁺还原为Co²⁺、Fe²⁺．工艺流程最终得到草酸钴，加入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，过滤后所得滤液主要含有CoCl₂、MnCl₂、MgCl₂、CaCl₂，用NaF溶液除去钙、镁，过滤后，向滤液中加入萃取剂，将锰离子萃取，萃取后的余液中主要含有CoCl₂，进入草酸铵溶液得到草酸钴；
（4）滤液中加入萃取剂的作用是除去锰离子；pH=2与pH=3时Co²⁺的萃取率变化不大，但pH=3时Mn²⁺的萃取率增大很多，而pH=4时，Co²⁺的萃取率比大；
（5）由溶度积可知，滤液Ⅰ“除钙、镁”是将溶液中Ca²⁺与Mg²⁺转化为氟化钙、氟化镁沉淀，根据溶度积可知c（Mg²⁺）：c（Ca²⁺）=$\frac{Ksp（Mg{F}_{2}）}{Ksp（Ca{F}_{2}）}$．

解答 解：含钴废料中加入盐酸，可得CoCl₃、FeCl₃、AlCl₃、MnCl₂、MgCl₂、CaCl₂，信息①中浸出液含有的阳离子主要有H⁺、Co²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Al³⁺等，则加入的Na₂SO₃将Co³⁺、Fe³⁺还原为Co²⁺、Fe²⁺．工艺流程最终得到草酸钴，加入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，过滤后所得滤液主要含有CoCl₂、MnCl₂、MgCl₂、CaCl₂，用NaF溶液除去钙、镁，过滤后，向滤液中加入萃取剂，将锰离子萃取，萃取后的余液中主要含有CoCl₂，进入草酸铵溶液得到草酸钴．
（1）浸出过程中加入Na₂SO₃的目的是将Co³⁺、Fe³⁺还原为Co²⁺、Fe²⁺，其中的一个反应离子方程式为：SO₃^2-+2Fe³⁺+H₂O=SO₄^2-+2Fe²⁺+2H⁺，
故答案为：将Co³⁺、Fe³⁺还原；SO₃^2-+2Fe³⁺+H₂O=SO₄^2-+2Fe²⁺+2H⁺；
（2）NaClO₃的作用是：将浸出液中Fe²⁺氧化为Fe³⁺，
故答案为：将浸出液中Fe²⁺氧化为Fe³⁺；
（3）加Na₂CO₃调PH=5.2能使Fe³⁺、Al³⁺ 离子转化成氢氧化物沉淀，原因是：因Fe³⁺和Al³⁺（用M³⁺代替）在水溶液中存在平衡M³⁺+H₂O?M（OH）₃+3H⁺，加入碳酸钠后CO₃^2-与H⁺结合生成难电离的HCO₃^-，使水解平衡右移而产生沉淀，
故答案为：Fe³⁺、Al³⁺；因Fe³⁺和Al³⁺（用M³⁺代替）在水溶液中存在平衡M³⁺+H₂O?M（OH）₃+3H⁺，加入碳酸钠后CO₃^2-与H⁺结合生成难电离的HCO₃^-，使水解平衡右移而产生沉淀；
（4）滤液中加入萃取剂的作用是除去锰离子；pH=2与pH=3时Co²⁺的萃取率变化不大，但pH=3时Mn²⁺的萃取率增大很多，而pH=4时，Co²⁺的萃取率比较大，故pH=3时最佳，
故答案为：除去Mn²⁺；B；
（5）由溶度积可知，滤液Ⅰ“除钙、镁”是将溶液中Ca²⁺与Mg²⁺转化为CaF₂、MgF₂沉淀，根据溶度积可知c（Mg²⁺）：c（Ca²⁺）=$\frac{Ksp（Mg{F}_{2}）}{Ksp（Ca{F}_{2}）}$=$\frac{7.35×1{0}^{-11}}{1.05×1{0}^{-10}}$=0.7，
故答案为：CaF₂、MgF₂沉淀；0.7．

点评 本题考查物质制备工艺流程，涉及对操作与原理的分析评价、物质的分离提纯、溶度积有关计算等，侧重考查学生分析能力、获取信息能力，是对学生综合能力的考查．