Question

某铜钴矿石主要含有CoO(OH)、CoCO₃、Cu₂(OH)₂CO₃和SiO₂，及一定量的Fe₂O₃、MgO和CaO等。由该矿石制Co₂O₃的部分工艺流程如下：

回答下列问题：

（1）“浸泡”过程中，钴(III)可转化为CoSO₄，写出该转化的化学方程式：________。

（2）“除铜”若选用MnS，计算常温下该“除铜”反应的平衡常数K=________。［保留2位有效数字；已知常温下K_sp(MnS)=2.5×10^–13，K_sp(CuS)=1.3×10^–36]

（3）①步骤I中加入NaClO₃反应的离子方程式为_______。

②常温下，溶液中金属离子(Mⁿ⁺)的pM［pM=–lgc(Mⁿ⁺)]随溶液pH变化关系如图所示，设加入NaClO₃后，溶液中的c(CO²⁺)为0.1mol•L^–1，依据如图分析，步骤I中加入Na₂CO₃调整溶液pH范围为_____。［当c(Mⁿ⁺)≤10^–6 mol•L^–1，即认为该金属离子沉淀完全]

（4）步骤II中加入足量NaF的目的是________。

（5）过滤出的CoC₂O₄•2H₂O固体经洗涤后，证明固体已洗净的操作为________。

（6）若某工厂用m₁kg该铜钴矿石制备了m₂kgCo₂O₃，假设产率为a，则该矿石中钴元素的百分含量为________。

Answer

2CoO(OH)+2H2SO4+Na2SO3=2CoSO4+Na2SO4+3H2O 1.9×1023 C1O3–+6Fe2++6H+=C1–+6Fe3++3H2O 3~7.6（或3≤pH<7.6） 形成MgF2、CaF2沉淀，除去溶液中的Mg2+、Ca2+ 取少量最后一次洗涤液于试管中，加入硝酸酸化的硝酸银溶液，若无白色沉淀产生，则证明已洗净

【解析】

分析流程图，将粉碎的矿石用过量的稀H2SO4和Na2SO3溶液浸泡，目的是将CoO(OH)、CoCO3、Cu2(OH)2CO3等溶解，以提取目标元素，并把+3价Co还原为+2价，此时Fe2O3、MgO和CaO等也会溶解，铁由+3价还原为+2价。除铜步骤除去浸出液中含铜的化合物，之后向溶液中加入NaClO2溶液，将+2价铁氧化为+3价，再加入一定浓度的Na2CO3溶液，过滤，分离出去杂质元素铁，再向滤液中加入足量NaF溶液，将Ca2+、Mg2+转化为CaF2、MgF2除去。向其中的滤液中加入浓Na2CO3溶液得到CoCO3沉淀，再将该沉淀溶解在盐酸中，再加入(NH4)2C2O4溶液，产生CoC2O4·2H2O沉淀，分离出沉淀，将其进行煅烧可得到Co2O3。据此分析解答。

（1）浸泡过程中为CoO(OH)与稀H2SO4、Na2SO3反应生成CoSO4的过程，根据原子守恒和电子得失守恒可得反应方程式为：2CoO(OH)+2H2SO4+Na2SO3=2CoSO4+Na2SO4+3H2O；答案为：2CoO(OH)+2H2SO4+Na2SO3=2CoSO4+Na2SO4+3H2O；

（2）用MnS“除铜”，发生反应为：MnS(s)+Cu2+(aq)CuS(s)+Mn2+(aq)，该反应的平衡常数K=。答案为：1.9×1023；

（3）①步骤I中加入NaClO3，是Fe2+与NaClO3反应，被氧化生成Fe3+，反应的离子方程式为：C1O3–+6Fe2++6H+=C1–+6Fe3++3H2O；答案为：C1O3–+6Fe2++6H+=C1–+6Fe3++3H2O；

②步骤Ⅰ中加入Na2CO3调整溶液pH值是为了除去铁元素，根据题给信息，当c(Mn+)≤10–6 mol•L–1，即认为该金属离子沉淀完全，故需调节pH≥3，即可保证Fe3+沉淀完全，同时不影响Co2+元素，需pH＜7.6，则Na2CO3调整溶液pH范围为：3~7.6（或3≤pH<7.6）；答案为：3~7.6（或3≤pH<7.6）；

（4）步骤II中加入足量NaF，可将滤液中存在的Ca2+、Mg2+转化为CaF2、MgF2沉淀而除去，故步骤II中加入足量NaF的目的是：形成MgF2、CaF2沉淀，除去溶液中的Mg2+ 、Ca2+；答案为：形成MgF2、CaF2沉淀，除去溶液中的Mg2+ 、Ca2+；

（5）CoC2O4•2H2O晶体表面附着Cl-和NH4+，为看到明显现象应检验Cl-，可通过检验沉淀洗涤液中是否存在Cl-来判断沉淀是否洗涤干净，具体操作为：取少量最后一次洗涤液于试管中，加入硝酸酸化的硝酸银溶液，若无白色沉淀产生，则证明已洗净；

（6）设钴在该铜钴矿石中的百分含量为x，则，即。答案为：。