Question

一种利用化肥中废催化剂(含CoO、Co、Al₂O₃及少量FeO)制取明矾和CoSO₄粗产品的工艺流程如下：

已知：(i)相关金属离子形成氢氧化物沉淀的pH范围如下表所示：

(ⅱ)Al(OH)₃在碱性条件下开始溶解时的pH为7.8，完全溶解时的pH为11。

回答下列问题：

(1)写出H₂O₂的电子式：___________。

(2)下列措施一定能提高步骤I中A1³⁺和Co²⁺的浸取率的是___________(填标号)

a．将废催化剂粉磨为细颗粒

b．步骤I中的硫酸采用98%的浓硫酸

c．适当提高浸取时的温度

(3)步骤Ⅱ中，写出“氧化”过程中Fe²⁺被氧化的离子方程式：___________，若“氧化”后再“调节pH=3”，造成的后果是___________。

(4)步骤Ⅲ中加K₂CO₃应控制pH的范围为___________。

(5)测定CoSO₄粗产品中钴的质量分数的步骤如下：准确称取ag产品，先经预处理，然后加入过量的冰乙酸，在加热煮沸下，缓慢滴加KNO₂溶液直至过量，生成不溶于乙酸的K₃[Co(NO₂)₆]，再经过滤、洗涤及干燥，称量沉淀的质量为bg。

①KNO₂溶液氧化并沉淀Co²⁺的离子方程式为___________(已知KNO₂被还原为NO)。

②粗产品中钴元素的质量分数为___________(Mr{K₃[Co(NO₂)₆]}=452，列出计算式)。

Answer

ac 2Fe2++H2O2+4H2O=2Fe(OH)3↓+4H+ Fe3+对双氧水的分解有催化作用，造成原料利用率低 pH11 Co2++3K++7NO2-+2CH3COOHK3[Co(NO2)6] ↓+NO↑+ H2O+2CH3COO- 100%

【解析】

废催化剂(含CoO、Co、Al2O3及少量FeO)加入硫酸酸浸反应后得到浸取液，主要含有Co2+、Al3+、Fe2+、H+和SO42-等离子，调节溶液的pH=3，再加入H2O2，Fe2+被氧化为Fe3+并产生Fe(OH)3沉淀。过滤后，滤液中加入K2CO3调节pH，生成Co(OH)2沉淀和KAlO2溶液，经过滤分离。Co(OH)2沉淀加硫酸溶解经后续处理得到粗产品CoSO4，滤液加硫酸酸化得到硫酸铝钾溶液，经结晶得到明矾，以此分析解答。

(1)H2O2为共价化合物，两个氧原子共用一对电子，电子式为：，

因此，本题正确答案是：；

(2) a．将废催化剂粉磨为细颗粒，增大反应物的接触面积，能提高浸取率，故a正确；

b．该反应为H+参加的离子反应，98%的浓硫酸中的氢离子浓度极小，不利于酸浸，故b错误；

c．升高温度化学反应速率加快，所以适当提高浸取时的温度，能提高浸取率，故c正确。

因此，本题正确答案是：ac；

(3)Fe2+被氧化为Fe3+，pH=3时产生Fe(OH)3沉淀，离子方程式为：2Fe2++H2O2+4H2O=2Fe(OH)3↓+4H+；Fe3+对双氧水的分解有催化作用，若“氧化”后再“调节pH=3”，会造成原料利用率低。

因此，本题正确答案是：2Fe2++H2O2+4H2O=2Fe(OH)3↓+4H+；Fe3+对双氧水的分解有催化作用，造成原料利用率低；

(4) 由已知(i)可知，Co2+沉淀完全的pH为9.2，由已知(ⅱ) 可知，Al(OH)3完全溶解时的pH为11，所以要分离出Al3+，应控制pH的范围为pH11，

因此，本题正确答案是：pH11；

(5)①KNO2将Co2+氧化为Co3+，并生成K3[Co(NO2)6] 沉淀，NO2-被还原为NO，根据得失电子守恒、电荷守恒及原子守恒写出离子方程式为Co2++3K++7NO2-+2CH3COOHK3[Co(NO2)6] ↓+NO↑+ H2O+2CH3COO-。

因此，本题正确答案是：Co2++3K++7NO2-+2CH3COOHK3[Co(NO2)6] ↓+NO↑+ H2O+2CH3COO-；

②bg K3[Co(NO2)6]中含Co元素的质量为bg×，

则粗产品中钴元素的质量分数为×100%，

因此，本题正确答案是：×100%。