Question

利用水钴矿(主要成分为Co₂O₃，含少量Fe₂O₃、A1₂O₃、MnO、MgO、CaO等)制取草酸钴的工艺流程如图：

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	Al(OH)3	Co(OH)2	Fe(OH)2	Mn(OH)2
完全沉淀的pH	3.7	5.2	9.2	9.6	9.8

(1)浸出过程中加入Na₂SO₃的目的是_____。

(2)NaClO₃在反应中氯元素被还原为最低价，该反应的离子方程式为_____。

(3)加Na₂CO₃能使浸出液中某些金属离子转化成氢氧化物沉淀。试用离子方程式和必要的文字简述其原理：_____。

(4)萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系如图所示，在滤液II中适宜萃取的pH为_____左右。

a.2.0~2.5           b.3.0~3.5        c.4.0~4.5

(5)滤液I“除钙、镁”是将其转化为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=____。

(6)工业上用氨水吸收废气中的SO₂。已知NH₃·H₂O的电离平衡常数K=1.8×10^-5，H₂SO₃的电离平衡常数K₁=1.2×10^-2，K₂=1.3×10^-8。在通废气的过程中，当恰好形成正盐时，溶液中离子浓度的大小关系为____。

Answer

还原Fe3+、Co3+为Fe2+、Co2+ ClO3-+6Fe2++6H+=6Fe3++Cl-+3H2O 加入的碳酸钠（或CO32-）与H+反应，c(H+)降低，使Fe3+和Al3+（用M3+代替）的水解平衡M3++3H2OM(OH)3+3H+，向右移动，而产生氢氧化物沉淀 b 0.7 c(NH4+)>c(SO32-)>c(OH-)>c(HSO3-)>c(H+)

【解析】

水钴矿(主要成分为Co2O3，含少量Fe2O3、A12O3、MnO、MgO、CaO等)中加入盐酸溶解，再加入Na2SO3还原，所得浸取液中含有的阳离子为H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Ca2+、Mg2+、Al3+等，说明Co3+、Fe3+被Na2SO3还原为Co2+、Fe2+；加入NaClO3，因为NaClO3在反应中氯元素被还原为最低价，所以它作氧化剂，将Fe2+氧化为Fe3+，同时生成Cl-等；加入Na2CO3调节pH=5.2，由表中数据可知，Fe3+、Al3+分别生成Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀；滤液1中加入NaF，Ca2+、Mg2+分别生成CaF2、MgF2沉淀，此时溶液中还存在的待除离子为Mn2+；加入萃取剂，从表中提取信息，因为我们不能让Co2+大量转化为沉淀，所以需控制溶液的pH达到合适值；最后加入(NH4)2C2O4，让Co2+转化为CoC2O4沉淀。

(1)从分析中可知，为还原Co3+、Fe3+，加入Na2SO3，由此得出浸出过程中加入Na2SO3的目的是还原Fe3+、Co3+为Fe2+、Co2+。答案为：还原Fe3+、Co3+为Fe2+、Co2+；

(2)NaClO3在反应中氯元素被还原为最低价，同时将Fe2+氧化为Fe3+，该反应的离子方程式为ClO3-+6Fe2++6H+=6Fe3++Cl-+3H2O。答案为：ClO3-+6Fe2++6H+=6Fe3++Cl-+3H2O；

(3)加Na2CO3能使浸出液中Fe3+、Al3+分别生成Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀。用离子方程式和必要的文字简述其原理为：加入的碳酸钠（或CO32-）与H+反应，c(H+)降低，使Fe3+和Al3+（用M3+代替）的水解平衡M3++3H2OM(OH)3+3H+，向右移动，而产生氢氧化物沉淀。答案为：加入的碳酸钠（或CO32-）与H+反应，c(H+)降低，使Fe3+和Al3+（用M3+代替）的水解平衡M3++3H2OM(OH)3+3H+，向右移动，而产生氢氧化物沉淀；

(4)溶液中待除离子为Mn2+，加入萃取剂，不能让Co2+大量转化为沉淀，所以在滤液II中适宜萃取的pH为3.0~3.5左右，即选择b。答案为：b；

(5)因为当加入过量NaF后，在同一溶液中，c(F-)相同，所得滤液中==0.7。答案为：0.7；

(6)工业上用氨水吸收废气中的SO2，恰好反应生成(NH4)2SO3，因为NH3·H2O的电离平衡常数K=1.8×10-5，H2SO3的电离平衡常数K2=1.3×10-8，所以(NH4)2SO3溶液中，SO32-的水解程度大于NH4+，则c(NH4+)>c(SO32-)，水解生成的HSO3-进一步水解，生成H2SO3和OH-，所以c(OH-)>c(HSO3-)，从而得出在通废气的过程中，溶液中离子浓度的大小关系为c(NH4+)>c(SO32-)>c(OH-)>c(HSO3-)>c(H+)。答案为：c(NH4+)>c(SO32-)>c(OH-)>c(HSO3-)>c(H+)。