Question

【題目】某銅鈷礦石主要含有CoOOH、CoCO3、Cu2(OH)2CO3和SiO2，其中還含有一定量的Fe2O3、MgO和CaO等。由該礦石制備Co2O3的部分工藝過程如下：

I．將粉碎的礦石用過量的稀H2SO4和Na2SO3溶液浸泡，過濾，分離除去沉淀a。

II．浸出液除去含銅的化合物后，向溶液中先加入NaClO3溶液，再加入一定濃度的Na2CO3溶液，過濾，分離除去沉淀b[主要成分是Na2Fe6(SO4)4(OH)12]。

III．向上述濾液中加入足量NaF溶液，過濾，分離除去沉淀c。

IV．III中濾液加入濃Na2CO3溶液，獲得CoCO3沉淀。

V．將CoCO3溶解在鹽酸中，再加入(NH4)2C2O4溶液，產(chǎn)生 CoC2O4·2H2O沉淀。分離出沉淀，將其在400℃~600℃ 煅燒，即得到Co2O3。

請(qǐng)回答：

（1）I 中，沉淀a的成分是_____，稀硫酸溶解CoCO3的化學(xué)方程式是_____， 加入Na2SO3溶液的主要作用是_________。

（2）根據(jù)圖1、圖2

①礦石粉末浸泡的適宜條件應(yīng)是：溫度_____、pH_____。

②圖2中銅、鈷浸出率下降的可能原因是_____。

（3）II中，浸出液中的金屬離子與NaClO3反應(yīng)的離子方程式：ClO+_____+_____== Cl- +_____+ _____

（4）I中，檢驗(yàn)鐵元素完全除去的試劑是_____，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是_____。

（5）I中，沉淀c的成分是CaF2、_____（填化學(xué)式）。

（6）V中，加入Na2CO3的作用是_____。

（7）V中，分離出純凈的CoC2O4·2H2O的操作是_____。

Answer 1

【答案】SiO2 CoCO3+H2SO4═CoSO4+CO2↑+H2O 將Co3+和Fe3+分別還原為Co2+及Fe2+（或作還原劑） 65℃-75℃ 0.5-1.5 pH升高后溶液中c（H+）濃度下降，使得溶解CoO(OH)、CoCO3、Cu2(OH)2CO3的能力下降 6Fe2+ 6H+ 6Fe3+ 3H2O KSCN溶液 溶液不變紅色 MgF2 調(diào)節(jié)溶液的pH富集Co2+（生成CoCO3沉淀） 過濾、洗滌

【解析】

（1）銅鈷礦石主要含有CoOOH、CoCO3、Cu2(OH)2CO3和SiO2，其中還含有一定量的Fe2O3、MgO和CaO等雜質(zhì)中只有SiO2不與硫酸反應(yīng)，得出沉淀a的成分；CoCO3和H2SO4反應(yīng)生成CoSO4、CO2和H2O，據(jù)此書寫化學(xué)方程式；Na2SO3中的S元素為+4價(jià)，具有較強(qiáng)還原性，加Na2SO3將CoO(OH)、Fe2O3中的Co3+和Fe3+還原為Co2+及Fe2+；

（2）①根據(jù)圖1、圖2分析鈷、銅的浸出率最高的溫度和pH；

②圖2中pH逐漸增大時(shí)，H+的含量減少，故因反應(yīng)量減少而浸出率降低；

（3）由Ⅳ可知，Co為+2價(jià)，價(jià)態(tài)并未升高，被氧化的是Fe2+；結(jié)合化合價(jià)升降相等配平該反應(yīng)的離子方程式；

（4）檢驗(yàn)鐵是否除盡，只需檢驗(yàn)濾液中是否有Fe3+即可；鐵元素完全除去，加入KSCN溶液不變紅；

（5）由題可知，雜質(zhì)離子除之外Ca2+，還有Mg2+，據(jù)此判斷另一沉淀；

（6）由Ⅱ知加入Na2CO3 溶液，通過水解提供OH-；由Ⅳ知加入Na2CO3溶液，提供；

（7）通過過濾、洗滌操作從溶液分離出純凈的沉淀。

（1）銅鈷礦石主要含有CoOOH、CoCO3、Cu2(OH)2CO3和SiO2，其中還含有一定量的Fe2O3、MgO和CaO等雜質(zhì)中只有SiO2不與硫酸反應(yīng)，得出沉淀a的成分為SiO2，碳酸鹽與稀硫酸的反應(yīng)，稀硫酸溶解CoCO3的化學(xué)方程式是：CoCO3+H2SO4= CoSO4+CO2↑+H2O；

因?yàn)?/span>Na2SO3中的S元素為+4價(jià)，且Ⅱ中加入NaClO3氧化出Fe3+，加Na2SO3將CoO（OH）、Fe2O3中的Co3+和Fe3+還原為Co2+及Fe2+，Na2SO3作還原劑。故答案為：SiO2；CoCO3+H2SO4= CoSO4+CO2↑+H2O；將Co3+和Fe3+分別還原為Co2+及Fe2+（或作還原劑）；

（2）①根據(jù)圖1、圖2分析，溫度在65℃-75℃時(shí)，鈷、銅的浸出率最高，且之后銅的浸出率變化不大，鈷的浸出率有下降趨勢(shì)。在圖2中pH：0.5-1.5銅、鈷的浸出率最高，pH＞1.5，銅、鈷的浸出率開始下降，故答案為：65℃-75℃；pH：0.5-1.5；

②圖2是pH變化對(duì)銅、鈷浸出率的影響，浸出過程中是利用H+和CoO(OH)、CoCO3、

Cu2（OH）2CO3中的OH-和反應(yīng)，使得Co3+和Co2+溶解在溶液中，當(dāng)pH逐漸增大時(shí)，H+的含量減少，故因反應(yīng)量減少而浸出率降低，故答案為：pH升高后溶液中c（H+）濃度下降，使得溶解CoO(OH)、CoCO3、Cu2（OH）2CO3的能力下降；

（3）由Ⅳ可知，Co為+2價(jià)，價(jià)態(tài)并未升高，被氧化的是Fe2+，由化合價(jià)升降相等配平離子方程式為：，故答案為：6Fe2+；6H+；6Fe3+；3H2O；

（4）檢驗(yàn)鐵是否除盡，只需檢驗(yàn)濾液中是否有Fe3+，所以加入KSCN溶液，溶液是否變紅即可，故答案為：KSCN溶液；溶液不變紅色；

（5）由題可知，雜質(zhì)離子除Ca2+之外，還有Mg2+，故另一沉淀為MgF2，故答案為：MgF2；

（6）由Ⅱ知，Fe3+形成沉淀b需要OH-，故加入Na2CO3 溶液，通過水解提供OH-；由Ⅳ知，要形成CoCO3 沉淀，需要加入Na2CO3 溶液，提供，故答案為：調(diào)節(jié)溶液的pH；富集Co2+（生成CoCO3沉淀）；

（7）將CoCO3溶解在鹽酸中，再加入(NH4)2C2O4溶液，產(chǎn)生CoC2O42H2O沉淀，由溶液分離出純凈的沉淀，操作應(yīng)為過濾、洗滌，故答案為：過濾、洗滌。