Question

（15分）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工艺流程如下：

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见下表：

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_____________还原（填离子符号）。

（2）NaClO₃的作用是将浸出液中的Fe²⁺氧化成Fe³⁺，产物中氯元素处于最低化合价。该反应的离子方程式为____________。

（3）请用平衡移动原理分析加Na₂CO₃能使浸出液中Fe³⁺、Al³⁺转化成氢氧化物沉淀的原因是：________。

（4）萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系如图所示。

滤液Ⅱ中加入萃取剂的作用是_________；使用萃取剂适宜的pH是______。

A．接近2.0          B．接近3.0         C．接近4.0

（5）“除钙、镁”是将溶液中Ca²⁺与Mg²⁺转化为MgF₂、CaF₂沉淀。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⁺)=____。

Answer

（15分）

（1）Fe3+、Co3+ （2）ClO3- + 6Fe2+ + 6H+ = 6Fe3+ + Cl- + 3H2O

（3）R3++3H2OR（OH)3+3H+，加入碳酸钠后，H+与CO32-反应，使水解平衡右移，从而产生沉淀

（4）除去Mn2+, B （5）0.7

【解析】

试题分析：（1）向水钴矿［主要成分为Co2O3，含少量Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO、CaO等］中加入盐酸和亚硫酸钠，浸出液含有的阳离子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Ca2+、Mg2+、Al3+等，根据元素化合价的变化可知，浸出过程中加入Na2SO3的目的是将Fe3+、Co3+；（2）NaClO3的作用是将浸出液中的Fe2+氧化成Fe3+，铁元素的化合价+2→+3，失去电子，产物中氯元素处于最低化合价，则Cl由+5价→-1价，再根据化合价升降相等和电荷守恒、原子守恒配平，则该反应的离子方程式为ClO3- + 6Fe2+ + 6H+ = 6Fe3+ + Cl- + 3H2O。（3）R3++3H2OR（OH)3+3H+，加入碳酸钠后，H+与CO32-反应，使水解平衡右移，从而产生沉淀。（4）根据流程图可知，此时溶液中存在Mn2+、Co2+金属离子，由萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系可知调节溶液PH在3.0～3.5之间，可使Mn2+完全沉淀，并防止Co2+转化为Co（OH)2沉淀，则滤液Ⅱ中加入萃取剂的作用是除去溶液中的Mn2+；使用萃取剂适宜的pH是B；（5）KSP（CaF2)= c（Ca2+)×c2（F-)=1.05×10-10; KSP（MgF2)= c（Mg2+) ×c2（F-)=7.35×10-11,所以c（Mg2+)/ c （Ca2+)= KSP（MgF2) ÷KSP（CaF2) = 7.35×10-11÷（1.05×10-10)=0.7。

考点：考查利用水钴矿制取CoC2O4·2H2O工艺流程，掌握实验操作与设计及相关物质的性质等知识。