某铜钴矿石主要含有CoOOH、CoCO3、Cu2(OH)2CO3和SiO2，其中...

某铜钴矿石主要含有CoOOH、CoCO3、Cu2(OH)2CO3和SiO2，其中还含有一定量的Fe2O3、MgO和CaO等。由该矿石制备Co2O3的部分工艺过程如下：

I．将粉碎的矿石用过量的稀H2SO4和Na2SO3溶液浸泡，过滤，分离除去沉淀a。

II．浸出液除去含铜的化合物后，向溶液中先加入NaClO3溶液，再加入一定浓度的Na2CO3溶液，过滤，分离除去沉淀b[主要成分是Na2Fe6(SO4)4(OH)12]。

III．向上述滤液中加入足量NaF溶液，过滤，分离除去沉淀c。

IV．III中滤液加入浓Na2CO3溶液，获得CoCO3沉淀。

V．将CoCO3溶解在盐酸中，再加入(NH4)2C2O4溶液，产生 CoC2O4·2H2O沉淀。分离出沉淀，将其在400℃~600℃ 煅烧，即得到Co2O3。

请回答：

（1）I 中，沉淀a的成分是_____，稀硫酸溶解CoCO3的化学方程式是_____，加入Na2SO3溶液的主要作用是_________。

（2）根据图1、图2

①矿石粉末浸泡的适宜条件应是：温度_____、pH_____。

②图2中铜、钴浸出率下降的可能原因是_____。

（3）II中，浸出液中的金属离子与NaClO3反应的离子方程式：ClO+_____+_____== Cl- +_____+ _____

（4）I中，检验铁元素完全除去的试剂是_____，实验现象是_____。

（5）I中，沉淀c的成分是CaF2、_____（填化学式）。

（6）V中，加入Na2CO3的作用是_____。

（7）V中，分离出纯净的CoC2O4·2H2O的操作是_____。

SiO2 CoCO3+H2SO4═CoSO4+CO2↑+H2O 将Co3+和Fe3+分别还原为Co2+及Fe2+（或作还原剂） 65℃-75℃ 0.5-1.5 pH升高后溶液中c（H+）浓度下降，使得溶解CoO(OH)、CoCO3、Cu2(OH)2CO3的能力下降 6Fe2+ 6H+ 6Fe3+ 3H2O KSCN溶液溶液不变红色 MgF2 调节溶液的pH富集Co2+（生成CoCO3沉淀）过滤、洗涤【解析】（1）铜钴矿石主要含有CoOOH、CoCO3、Cu2(OH)2CO3和SiO2，其中还含有一定量的Fe2O3、MgO和CaO等杂质中只有SiO2不与硫酸反应，得出沉淀a的成分；CoCO3和H2SO4反应生成CoSO4、CO2和H2O，据此书写化学方程式；Na2SO3中的S元素为+4价，具有较强还原性，加Na2SO3将CoO(OH)、Fe2O3中的Co3+和Fe3+还原为Co2+及Fe2+；（2）①根据图1、图2分析钴、铜的浸出率最高的温度和pH； ②图2中pH逐渐增大时，H+的含量减少，故因反应量减少而浸出率降低；（3）由Ⅳ可知，Co为+2价，价态并未升高，被氧化的是Fe2+；结合化合价升降相等配平该反应的离子方程式；（4）检验铁是否除尽，只需检验滤液中是否有Fe3+即可；铁元素完全除去，加入KSCN溶液不变红；（5）由题可知，杂质离子除之外Ca2+，还有Mg2+，据此判断另一沉淀；（6）由Ⅱ知加入Na2CO3 溶液，通过水解提供OH-；由Ⅳ知加入Na2CO3溶液，提供；（7）通过过滤、洗涤操作从溶液分离出纯净的沉淀。（1）铜钴矿石主要含有CoOOH、CoCO3、Cu2(OH)2CO3和SiO2，其中还含有一定量的Fe2O3、MgO和CaO等杂质中只有SiO2不与硫酸反应，得出沉淀a的成分为SiO2，碳酸盐与稀硫酸的反应，稀硫酸溶解CoCO3的化学方程式是：CoCO3+H2SO4= CoSO4+CO2↑+H2O；因为Na2SO3中的S元素为+4价，且Ⅱ中加入NaClO3氧化出Fe3+，加Na2SO3将CoO（OH）、Fe2O3中的Co3+和Fe3+还原为Co2+及Fe2+，Na2SO3作还原剂。故答案为：SiO2；CoCO3+H2SO4= CoSO4+CO2↑+H2O；将Co3+和Fe3+分别还原为Co2+及Fe2+（或作还原剂）；（2）①根据图1、图2分析，温度在65℃-75℃时，钴、铜的浸出率最高，且之后铜的浸出率变化不大，钴的浸出率有下降趋势。在图2中pH：0.5-1.5铜、钴的浸出率最高，pH＞1.5，铜、钴的浸出率开始下降，故答案为：65℃-75℃；pH：0.5-1.5； ②图2是pH变化对铜、钴浸出率的影响，浸出过程中是利用H+和CoO(OH)、CoCO3、 Cu2（OH）2CO3中的OH-和反应，使得Co3+和Co2+溶解在溶液中，当pH逐渐增大时，H+的含量减少，故因反应量减少而浸出率降低，故答案为：pH升高后溶液中c（H+）浓度下降，使得溶解CoO(OH)、CoCO3、Cu2（OH）2CO3的能力下降；（3）由Ⅳ可知，Co为+2价，价态并未升高，被氧化的是Fe2+，由化合价升降相等配平离子方程式为：，故答案为：6Fe2+；6H+；6Fe3+；3H2O；（4）检验铁是否除尽，只需检验滤液中是否有Fe3+，所以加入KSCN溶液，溶液是否变红即可，故答案为：KSCN溶液；溶液不变红色；（5）由题可知，杂质离子除Ca2+之外，还有Mg2+，故另一沉淀为MgF2，故答案为：MgF2；（6）由Ⅱ知，Fe3+形成沉淀b需要OH-，故加入Na2CO3 溶液，通过水解提供OH-；由Ⅳ知，要形成CoCO3 沉淀，需要加入Na2CO3 溶液，提供，故答案为：调节溶液的pH；富集Co2+（生成CoCO3沉淀）；（7）将CoCO3溶解在盐酸中，再加入(NH4)2C2O4溶液，产生CoC2O4•2H2O沉淀，由溶液分离出纯净的沉淀，操作应为过滤、洗涤，故答案为：过滤、洗涤。

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考点分析：

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在含有弱电解质的溶液中，往往有多个化学平衡共存。

（1）一定温度下，向 1L 0.1mol·L－1 CH3COOH 溶液中加入 0.1molCH3COONa 固体，则溶液中 _____（填“增大”、“不变”或“减小”）；写出该溶液中的电荷守恒关系_____。

（2）土壤的 pH 一般在 4~9 之间。土壤中 Na2CO3 含量较高时，pH 可达 10.5，试用离子方程式解释土壤呈碱性的原因：_____。加入石膏（CaSO4·2H2O）可以使土壤碱性降低，有关反应的化学方程式为_____。

（3）水垢的主要成分 CaCO3 可以用过量食醋溶解，请结合化学用语，从沉淀溶解平衡的角度进行解释______________。

（4）常温下在 20mL0.1mol·L－1Na2CO3 溶液中逐滴加入 0.1mol·L－1HCl 溶液 40mL，溶液中含碳元素的各种微粒（CO2 因逸出未画出）物质的量分数（纵轴）随溶液 pH 变化的部分情况如图所示。回答下列问题：

①在同一溶液中 H2CO3 和CO____________________（填“能”或“不能”）大量共存。

②当 pH＝7 时，溶液中含碳元素的最主要微粒为_____，溶液中各种离子的物质的量浓度的大小关系为_________。

③已知在 25℃时，CO 水解反应的平衡常数=2.0×10－4，当溶液中c(HCO):c(CO)＝2:1 时，溶液的 pH＝_____。

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近年我国大力加强温室气体CO2催化氢化合成甲醇技术的工业化生产研究，实现可持续发展。

（1）已知：CO2(g)+H2(g)H2O(g) +CO(g) ΔH1= + 41.1 kJ•mol-1 CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH2=－90.0 kJ•mol-1

写出CO2催化氢化合成甲醇的热化学方程式：_________________________________。

（2）为提高CH3OH产率，理论上应采用的条件是_______________________（填字母）。

A．高温高压 B．低温低压 C．高温低压 D．低温高压

（3）250℃、在恒容密闭容器中由CO2(g)催化氢化合成CH3OH(g)，下图为不同投料比[n(H2)/n(CO2)]时某反应物X 平衡转化率变化曲线。

① 反应物X 是_____（填“CO2”或“H2”）。

② 判断依据是_____。

（4）250℃、在体积为 2.0L 的恒容密闭容器中加入6mol H2、2mol CO2和催化剂，10min 时反应达到平衡，测得 c(CH3OH) = 0.75 mol·L－1。

① 前 10min 的平均反应速率 v(H2)＝_____mol·L－1·min－1。

② 经计算化学平衡常数 K =_____________________。

③ 催化剂和反应条件与反应物转化率和产物的选择性有高度相关。控制相同投料比和相同反应时间，四组实验数据如下：

实验编号	温度（K）	催化剂	CO2转化率（%）	甲醇选择性（%）
A	543	Cu/ZnO 纳米棒	12.3	42.3
B	543	Cu/ZnO 纳米片	11.9	72.7
C	553	Cu/ZnO 纳米棒	15.3	39.1
D	553	Cu/ZnO 纳米片	12.0	70.6