Question

利用水钴矿（主要成分为Co₂O₃，含少量Fe₂O₃、Al₂O₃、MnO、MgO、CaO、SiO₂等）可以制取多种化工试剂，以下为草酸钴晶体和氯化钴晶体的制备流程，回答下列问题：

已知：①浸出液中含有的阳离子主要有H⁺、Co²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Al³⁺、Mg²⁺、Ca²⁺等。

②沉淀Ⅰ中只含有两种沉淀。

③流程中部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见表：

沉淀物	开始沉淀	完全沉淀
Fe(OH)3	2.7	3.7
Fe(OH)2	7.6	9.6
Co(OH)2	7.6	9.2
Al(OH)3	4.0	5.2
Mn(OH)2	7.7	9.8

（1）浸出过程中氧化剂与还原剂物质的量之比为___。

（2）NaClO₃在浸出液中发生反应的离子方程式为___。

（3）加入Na₂CO₃调pH至5.2，目的是___；萃取剂层含锰元素，则沉淀Ⅱ的主要成分为__。

（4）操作Ⅰ包括：将水层加入浓盐酸调整pH为2～3，___、___、过滤、洗涤、减压烘干等过程。

（5）为测定粗产品中CoCl₂·6H₂O的含量，称取一定质量的粗产品溶于水，加入足量硝酸酸化的硝酸银溶液，过滤、洗涤、干燥，测沉淀质量。通过计算发现粗产品中CoCl₂·6H₂O质量分数大于100%，其原因可能是___（回答一条原因即可）。

（6）将5.49g草酸钴晶体(CoC₂O₄·2H₂O)置于空气中加热，受热过程中不同温度范围内分别得到一种固体物质，其质量如表。

温度范围/℃	150～210	290～320
固体质量/g	4.41	2.41

经测定，整个受热过程，只产生水蒸气和CO₂气体，则290～320℃温度范围，剩余的固体物质化学式为___。[已知：CoC₂O₄·2H₂O的摩尔质量为183g·mol^-1]

Answer

1:1 使和沉淀完全 CaF2和MgF2 蒸发浓缩 冷却结晶 粗产品中结晶水含量低(或粗产品中混有氯化钠杂质) Co3O4(或 CoO·Co2O3)

【解析】

水钴矿中加入盐酸，可得CoCl3、FeCl3、AlCl3、MnCl2、MgCl2、CaCl2，信息①中浸出液含有的阳离子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Ca2+、Mg2+、Al3+等，则进入的Na2SO3将Co3+、Fe3+还原为Co2+、Fe2+，工艺流程最终得到草酸钴，加入NaClO3将Fe2+氧化为Fe3+，加入Na2CO3调pH至5.2，可得到Fe（OH）3、Al（OH）3沉淀，过滤后所得滤液主要含有CoCl2、MnCl2、MgCl2、CaCl2，用NaF溶液除去钙、镁，过滤后，向滤液中加入萃取剂，将锰离子萃取，萃取后的余液中主要含有CoCl2，进入草酸铵溶液得到草酸钴。

（1）浸出过程中主要发生的氧化还原反应是： Co2O3是氧化剂，是还原剂，二者的物质的量之比为1:1，故答案为：1:1

（2）NaClO3在浸出液中是将Fe2+氧化为Fe3+，故发生反应的离子方程式为

，故答案为：

（3）通过信息③可知，加入Na2CO3调pH至5.2，可得到Fe（OH）3、Al（OH）3沉淀，故目的是使和沉淀完全；萃取剂层含锰元素，说明溶液中的除锰离子和钴离子以外的金属阳离子均已除去，故加入NaF溶液是除Ca2+和Mg2+，则沉淀Ⅱ的主要成分为CaF2和MgF2，故答案为：使和沉淀完全 CaF2和MgF2。

（4）从溶液中析出晶体，都要经过：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤、干燥的过程，故答案为：蒸发浓缩 冷却结晶

（5）该步骤是通过加入足量硝酸酸化的硝酸银溶液，过滤、洗涤、干燥，测沉淀质量的方法来计算粗产品中的，粗产品中氯元素的含量偏高则结果偏高，故可能的原因有可能是结晶水不足，或者结晶过程析出了氯化钠，故答案为：粗产品中结晶水含量低(或粗产品中混有氯化钠杂质)；

（6）草酸钴晶体为，计算可知150～210℃时， ，可知此时失去全部结晶水；210～290℃时，气体产物为CO2，此时根据质量守恒可求得2.41g固体中含O原子，故产物为Co3O4或者CoO·Co2O3，故答案为：Co3O4(或 CoO·Co2O3)