Question

工业上常用水钴矿(主要成分为Co₂O₃，还含少量Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO、CaO等杂质)制备钴的氧化物，其制备工艺流程如下(已知Na₂SO₃能还原Fe^3＋和Co^3＋)：

回答下列问题：

(1)在加入盐酸进行“酸浸”时，能提高“酸浸”速率的方法有______________(任写2种)。

(2)“酸浸”后加入Na₂SO₃钴的存在形式为Co^2＋，产生Co^2＋反应的离子方程式为________

(3)溶液a中加入NaClO的作用是___________________________________

(4)沉淀a的成分是__________(写化学式)，操作2的名称是_______________

(5)溶液d中的金属离子只有Co^2＋和Na^＋两种，则溶液c中加入NaF溶液的作用是________

(6)在空气中缎烧CoC₂O₄生成钴的某种氧化物和CO₂，测得充分煅烧后固体质量为12.05g，CO₂的体积为6.72L(标准状况)，则此反应的化学方程式为____________________________

Answer

将水钴矿石粉碎 ；充分搅拌；适当增加盐酸浓度；提高酸浸温度等 将溶液中Fe2+氧化成Fe3+ Fe(OH)3 、Al(OH)3 过滤 使Mg2+、Ca2+转化为难溶于水的MgF2、CaF2沉淀除去 3CoC2O4+2O2  Co3O4+6CO2

【解析】

水钴矿中加入盐酸，可得CoCl3、FeCl3、AlCl3、MnCl2、MgCl2、CaCl2，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+；加入NaClO将Fe2+氧化为Fe3+，溶液b中阳离子有Co2+、Fe3+、Al3+、Mg2+、Ca2+，加入碳酸氢钠，Fe3+、Al3+与碳酸氢根离子发生相互促进的水解反应分别生成Fe(OH)3、Al(OH)3，故沉淀A的主要成分为Fe(OH)3、Al(OH)3；溶液c中含有Co2+、Mg2+、Ca2+，加入NaF，Mg2+、Ca2+转化成MgF2、CaF2沉淀，溶液d中含有Co2+，溶液d中加入草酸铵过滤得到CoC2O4晶体，最后煅烧得到钴的氧化物，据此分析作答。

（1）“酸浸”时为固体与液体的反应，根据外界条件对化学反应速率的影响，在加入盐酸进行“酸浸”时，能够提高“酸浸”速率的方法有：将水钴矿石粉碎，增大接触面积；充分搅拌；适当增加盐酸的浓度；适当提高酸浸的温度等，故答案为：将水钴矿石粉碎；充分搅拌；适当增加盐酸浓度；提高酸浸温度等。

（2）酸浸时水钴矿中的Co2O3、Fe2O3、Al2O3、MgO、CaO溶解转化为CoCl3、FeCl3、AlCl3、MgCl2、CaCl2；加入Na2SO3，钴的存在形式为Co2+，Co3+被还原为Co2+，则SO32-被氧化成SO42-，产生Co2+的反应可表示为：SO32-+Co3+→Co2++SO42-，根据得失电子守恒配平为：SO32-+2Co3+→2Co2++SO42-，根据溶液呈酸性和电荷守恒，生成Co2+的离子方程式为SO32-+2Co3++H2O=2Co2++SO42-+2H+；

（3）加入Na2SO3还会将Fe3+还原为Fe2+，反应的离子方程式为SO32-+2Fe3++H2O=2Fe2++SO42-+2H+；溶液a中含有Co2+、Fe2+、Al3+、Mg2+、Ca2+、Na+、Cl-、SO42-等，向溶液a中加入NaClO，NaClO具有强氧化性，将Fe2+氧化成Fe3+，反应的离子方程式为2Fe2++ClO-+2H+=2Fe3++Cl-+H2O，故答案为：将溶液中Fe2+氧化成Fe3+；

（4）加入NaClO溶液后得到的溶液b中含有Co2+、Fe3+、Al3+、Mg2+、Ca2+、Na+、Cl-、SO42-等；向溶液b中加入NaHCO3调节溶液的pH，使Fe3+、Al3+转化为氢氧化物沉淀而除去，沉淀A的成分为Fe(OH)3、Al(OH)3；溶液c中含有Co2+、Mg2+、Ca2+、Na+、Cl-、SO42-等，向溶液c中加入NaF，Mg2+、Ca2+转化为难溶于水的MgF2、CaF2沉淀，操作2的名称为过滤，故答案为：Fe(OH)3 、Al(OH)3；过滤；

（5）根据（4）的分析，溶液c中加入NaF溶液的作用是使Mg2+、Ca2+转化为难溶于水的MgF2、CaF2沉淀除去，故答案为：使Mg2+、Ca2+转化为难溶于水的MgF2、CaF2沉淀除去；

（6）n（CO2）==0.3mol，根据C守恒，n（CoC2O4）=0.15mol，根据Co守恒，n（Co）=0.15mol，所得钴的氧化物中n（O）==0.2mol，n（Co）：n（O）=0.15mol：0.2mol=3:4，生成的钴的氧化物的化学式为Co3O4，在空气中煅烧CoC2O4的化学方程式为3CoC2O4+2O2Co3O4+6CO2。