Question

草酸钴是制作氧化钴和金属钴的原料。一种利用含钴废料（主要成分Co₂O₃），含少量Fe₂O₃、MnO₂、Al₂O₃、CaO、MgO、碳及有机物等）制取草酸钴(CoC₂O₃)的工艺流程如下：

已知：①浸出液中含有的阳离子主要有H⁺、Co²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Al³⁺等。

②部分阳离子一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
完全沉淀时的pH	3.7	9.6	9.2	5.2	9.8

③K_ap(MgF₂)=7.35×10^-11，K_ap(CaF₂)=1.05×10^-10

回答下列问题：

(1)焙烧的目的是_________；浸钴过程中Co³⁺转化为Co²⁺，反应的离子方程式为_____________。

(2)加入H₂O₂的目的是__________，加入Na₂CO₃溶液，调pH至5.2，滤渣Ⅰ主要成分为__________。

(3)加入过量NaF溶液，可将Ca²⁺、Mg²⁺除去，若所得滤液中c(Ca²⁺)=1.0×10^-5mol·L^-1，则滤液中c(Mg²⁺)为_______________。

(4)萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系如下图所示。滤液Ⅱ中加入萃取剂的作用是_________；萃取时，溶液的pH需要控制在一定范围内才比较适宜，其pH范围约为__________。

(5)已知含钴废料中含Co₂O₃质量分数为a%，若取mg该含钴废料按照上述流程，理论上最多能制得CoC₂O₄的质量为__________g（列出计算式即可）。

Answer

除去碳和有机物 2Co3++SO32-+ H2O= 2Co2++SO42-+2H+ 将 Fe2+氧化为 Fe3+ Al(OH)3、Fe(OH)3 7.0×10-6 mol ·L-1 除去Mn2+ 3.0～3.5 147ma%/83 或 1.77×10-2ma

【解析】本题考查化学工艺流程，从化学反应原理入手，（1）根据含有物质，焙烧的目的是除去C和有机物；根据浸钴步骤，得出反应是Co3＋＋SO32－→Co2＋＋SO42－，根据化合价的升降进行配平，得出2Co3＋＋SO32－→2Co2＋＋SO42－，利用原子守恒和电荷守恒，离子反应方程式为：2Co3＋+SO32－+ H2O= 2Co2＋+SO42－+2H＋；（3）过氧化氢具有氧化性，以及浸出液中所含离子，因此过氧化氢的目的是将Fe2＋氧化成Fe3＋；加入Na2CO3调节pH到5.2，根据完全沉淀时溶液的pH，推出滤渣1成分是Fe(OH)3和Al(OH)3；（3）溶液中有F－，因此有c(Ca2＋)/c(Mg2＋)=c(Ca2＋)×c2(F－)/[c2(F－)×c(Mg2＋)]=Ksp(CaF2)/Ksp(MgF2)，解得c(Mg2＋)=7×10－6mol·L－1；（4）根据流程图，加入萃取剂的目的是除去Mn2＋；应选择浸取率最高的，因此因此pH的范围是3.0～3.5；（5）根据钴元素守恒，因此m(CoC2O4)=ma%×2×147/162g。

点睛：本题易错点是氧化还原反应方程式的书写，书写氧化还原反应方程式，先找出氧化剂、还原剂、氧化产物和还原产物，根据流程图，Co3＋→Co2＋，钴元素的化合价降低，即Co3＋作氧化剂，Co2＋作还原产物，加入Na2SO3，SO32－被氧化成SO42－，因此SO32－作还原剂，SO42－作氧化产物，因此有Co3＋＋SO32－→Co2＋＋SO42－，根据化合价的升降进行配平，得出2Co3＋＋SO32－→2Co2＋＋SO42－，反应前氧原子的个数小于反应后，因此反应前有含氧的物质参加，因为溶液显酸性，因此水作反应物，水转化成H＋，根据原子个数和所带电荷数守恒，离子方程式为：2Co3＋+SO32－+ H2O= 2Co2＋+SO42－+2H＋。