Question

1．水鈷礦中除SiO₂外還有9.24%CoO，2.78%Fe₂O₃，0.96%MgO、0.084%CaO，從中提取鈷的主要工藝流程如圖1：


（1）在一定濃度的H₂SO₄溶液中，鉆的浸出率隨時間、溫度的變化如圖2所示，考慮生產(chǎn)成本和效率，最佳的浸出時間為12小時，最佳的浸出溫度為90℃
（2）浸出過程中，CoO溶解的離子反應方程式為CoO+2H⁺=Co²⁺+H₂O礦渣的主要成分是SiO₂、CaSO₄
（3）請配平下列除鐵的化學方程式3Fe₂（SO₄）₃+6H₂O+6Na₂CO₃1Na₂Fe₆（SO₄）₄（OH）₁₂↓+5Na₂SO₄+6CO₂↑
（4）除鈣、鎂過程中，逐批加人NaF溶液，當CaF₂開始沉淀時，溶液中$\frac{c（M{g}^{2+}）}{c（C{a}^{2+}）}$=0.74（已知K_sp（CaF₂）=1.0×10^-10，K_sp（MgF₂）=7.4×10^-11）
（5）進行“搡作X”的主要目的之一是洗去沉淀中的雜質(zhì)離子，檢驗雜質(zhì)中的主要陰離子洗凈的方法為取最后一次洗滌液于試管中，向其中滴加適量的BaCl₂溶液，若無白色沉淀生成什么洗滌干凈．
（6）10t水鈷礦最多可獲得2.7tCoC₂O₄•4H₂O產(chǎn)品（保留2位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 水鈷礦磨礦將礦石粉碎，增大接觸面積，加快反應速率，加入稀硫酸，礦渣為SiO₂，濾液中含有：CoSO₄、Fe₂（SO₄）₃、MgSO₄、CaSO₄，加入碳酸鈉，除去Fe₂（SO₄）₃，加入氟化鈉，除去鈣鎂，過濾得主要含CoSO₄的溶液，加入草酸銨，通過沉淀、過濾、洗滌、干燥得到四水合草酸鈷，
（1）根據(jù)浸出率與時間和溫度的關系及生產(chǎn)成本分析；
（2）CoO溶解于酸生成鹽和水，分析可知礦渣為不溶于硫酸的二氧化硅和硫酸鈣；
（3）根據(jù)原子守恒配平方程式；
（4）依據(jù)離子濃度之比變式得到：$\frac{c（M{g}^{2+}）}{c（C{a}^{2+}）}$=$\frac{Ksp（Mg{F}_{2}）}{Ksp（Ca{F}_{2}）}$；
（5）根據(jù)流程圖中加入的物質(zhì)分析，該沉淀中吸附易溶于水的離子；得到的沉淀要進行洗滌和干燥，才能得到較純凈、干燥的物質(zhì)；
（6）依據(jù)鈷元素守恒計算得到；

解答 解：（1）根據(jù)圖知，時間越長浸出率越高，溫度越高，浸出率越高，但浸出12小時后，浸出率變化不大，90℃和120℃浸出率變化不大，且時間過長、溫度過高導致成本較大，所以最佳的浸出時間為12小時，最佳的浸出溫度為90℃，故答案為：12；90；
（2）水鈷礦中除SiO₂外還有9.24%CoO，2.78%Fe₂O₃，0.96%MgO、0.084%CaO，加入硫酸溶解的是氧化鐵、氧化鎂、氧化鈣、氧化鈷，氧化鈷溶解于硫酸反應的離子方程式為：CoO+2H⁺=Co²⁺+H₂O，二氧化硅不溶，生成的硫酸鈣微溶，所以殘渣為SiO₂、CaSO₄，
故答案為：CoO+2H⁺=Co²⁺+H₂O；SiO₂、CaSO₄；
（3）根據(jù)原子守恒配平方程式，所以其方程式為：3Fe₂（SO₄）₃+6H₂O+6Na₂CO₃=Na₂Fe₆ （SO₄）₄（OH）₁₂↓+5Na₂SO₄+6CO₂↑，
故答案為：3，6，6，1，5，6；
（4）離子濃度之比變式得到：$\frac{c（M{g}^{2+}）}{c（C{a}^{2+}）}$=$\frac{Ksp（Mg{F}_{2}）}{Ksp（Ca{F}_{2}）}$=$\frac{7.4×1{0}^{-11}}{1.0×1{0}^{-10}}$=0.74，
故答案為：0.74；
（5）該沉淀中吸附易溶于水的離子，根據(jù)流程圖知，溶液中含有硫酸根離子、銨根離子和鈉離子，所以沉淀上含有硫酸根離子、銨根離子和鈉離子，得到的沉淀要進行洗滌和干燥才能得到較純凈、干燥的物質(zhì)，取最后一次洗滌液于試管中，向其中滴加適量的BaCl₂溶液，若無白色沉淀生成什么洗滌干凈，
故答案為：取最后一次洗滌液于試管中，向其中滴加適量的BaCl₂溶液，若無白色沉淀生成什么洗滌干凈；
（6）水鈷礦中有9.24%CoO，則10t水鈷礦中CoO質(zhì)量=10t×9，24%=0.924t，依據(jù)鈷元素守恒價，
CoO～～CoC₂O₄•4H₂O
75        219
0.924t      m
m=2.70t，
故答案為：2.7；

點評 本題考查難溶電解質(zhì)的溶解平衡、電極反應式的書寫、物質(zhì)的分離和提純等知識點，難點是（3）題，明確溶度積常數(shù)的含義是解此題關鍵，電極反應式的書寫是學習難點，要結合電解質(zhì)溶液的酸堿性書寫，難度中等．