Question

实验室以工业钴渣为原料制取CoSO₄溶液和ZnSO₄·7H₂O晶体，其实验流程如下：

已知：①“酸浸”所得溶液中主要含CoSO₄、ZnSO₄，另含少量FeSO₄、NiSO₄。②金属活动性：Ni介于Fe、Cu之间。③下表是相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH（开始沉淀的pH按金属离子浓度1 mol·L^－1计算，pH＞11时Zn（OH）₂能溶于NaOH溶液生成[Zn（OH）₄]^2－）:

金属离子	开始沉淀的pH	完全沉淀的pH
Co^2^＋	7.6	9.4
Zn^2^＋	5.9	8.9

（1）“酸浸”时所加稀硫酸不宜过量太多的原因是________。

（2）“除铁”时，向溶液中持续鼓入空气的作用是________。

（3）流程中需将滤渣Ⅰ、滤渣Ⅱ的洗涤液与“除铁”后所得滤液合并，目的是________。

（4）写出“还原”过程中Na₂SO₃、稀H₂SO₄与Co（OH）₃反应的离子方程式：________。

（5）实验所得CoSO₄溶液可用于制备CoCO₃，制备时CoSO₄饱和溶液与Na₂CO₃饱和溶液的混合方式为________。

（6）请结合如图硫酸锌晶体的溶解度曲线，设计从“氧化沉钴”后的滤液（含ZnSO₄、Na₂SO₄、NiSO₄等）中获取ZnSO₄·7H₂O的实验方案：取适量滤液，____________________________，过滤，用少量冰水洗涤，低温干燥得ZnSO₄·7H₂O晶体。（实验中须使用的试剂有：Zn粉、1.0 mol·L^－1 NaOH、1.0 mol·L^－1 H₂SO₄）

Answer

避免除铁时消耗过多的CaCO3 将Fe2＋氧化，搅拌溶液，加快反应速率 为提高Co、Zn的回收率 SO＋2Co（OH）3＋4H＋=2Co2＋＋SO＋5H2O 将Na2CO3饱和溶液缓慢滴加到CoSO4饱和溶液中，并不断搅拌 向其中加入过量的Zn粉后过滤，向所得滤液中滴加1.0 mol·L－1 NaOH，控制pH约为10（8.9～11）使Zn2＋完全沉淀，所得沉淀洗净后用1.0 mol·L－1 H2SO4完全溶解，将所得溶液蒸发浓缩至有晶膜出现，冷却至0 ℃（39 ℃以下）结晶

【解析】

钴渣中加稀硫酸将可溶于酸的物质转变成硫酸盐，难溶于硫酸的进入滤渣1，得到溶液中主要含CoSO4、ZnSO4，另含少量FeSO4、NiSO4，滤液中通入氧气亚铁离子氧化成三价铁离子，加碳酸钙中和硫酸调节pH值将铁沉淀除去，过滤后滤液中加Na2S2O8,氧化沉淀钴，过滤得钴的沉淀物加亚硫酸钠和稀硫酸还原的得到硫酸钴，滤液中主要是硫酸锌，除去杂质后经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到ZnSO4·7H2O晶体，据此分析解答。

（1）“酸浸”时所加稀硫酸不宜过量太多，因后续步骤中要加碳酸钙调节溶液pH值，硫酸过多会增加碳酸钙的用量，故答案为：避免除铁时消耗过多的CaCO3；

（2）因为原溶液中的铁是二价铁，二价铁直接沉淀时需要调控的pH较大且会使其他金属阳离子沉淀，因此以溶解度更小的氢氧化铁形式除铁更合理，需通入空气将亚铁离子氧化，同时持续鼓入空气可以起到搅拌溶液加快速率的作用，故答案为：将Fe2＋氧化，搅拌溶液，加快反应速率；

（3）流程中需将滤渣Ⅰ、滤渣Ⅱ的洗涤液与“除铁”后所得滤液合并可以减少钴和锌的损失，提高两者的回收率，故答案为：为提高Co、Zn的回收率；

（4）还原”过程中Na2SO3、稀H2SO4与Co（OH）3反应产物为硫酸钴和硫酸钠，可得方程式为：SO＋2Co（OH）3＋4H＋=2Co2＋＋SO＋5H2O，故答案为：SO＋2Co（OH）3＋4H＋=2Co2＋＋SO＋5H2O；

（5）实验所得CoSO4溶液可用于制备CoCO3，制备时CoSO4饱和溶液与Na2CO3饱和溶液的混合方式为将Na2CO3饱和溶液缓慢滴加到CoSO4饱和溶液中，并不断搅拌，故答案为：将Na2CO3饱和溶液缓慢滴加到CoSO4饱和溶液中，并不断搅拌；

（6）氧化沉钴”后的滤液（含ZnSO4、Na2SO4、NiSO4等）中有杂质直接结晶得不到纯净的晶体，因此要先加足量的锌粉置换出镍，之后加氢氧化钠调节溶液pH将锌转变成沉淀后过滤的到氢氧化锌固体，再将固体溶于硫酸，蒸发浓缩再冷却至39 ℃以下结晶，具体操作：向其中加入过量的Zn粉后过滤，向所得滤液中滴加1.0 mol·L－1 NaOH，控制pH约为10（8.9～11）使Zn2＋完全沉淀，所得沉淀洗净后用1.0 mol·L－1 H2SO4完全溶解，将所得溶液蒸发浓缩至有晶膜出现，冷却至0 ℃（39 ℃以下）结晶，故答案为：向其中加入过量的Zn粉后过滤，向所得滤液中滴加1.0 mol·L－1 NaOH，控制pH约为10（8.9～11）使Zn2＋完全沉淀，所得沉淀洗净后用1.0 mol·L－1 H2SO4完全溶解，将所得溶液蒸发浓缩至有晶膜出现，冷却至0 ℃（39 ℃以下）结晶。