Question

实验室用含钴废料(主要成分为Co，含有一定量的NiO、Al₂O₃、Fe、SiO₂等)制备草酸钴晶体( CoC₂O₄• 2H₂O)的流程如图。已知：①草酸钴晶体难溶于水②RH为机有物(难电离)。回答下列问题：

(1)滤渣I的主要成分是　__(填化学式)，写出一种能提高酸浸速率的措施　___　。

(2)操作①用到的玻璃仪器有____　　。

(3)加入氧化钴的目的是调节溶液的pH。若要将浸出液中Fe³⁺和Al³⁺完全沉淀，则浸出液的pH范围应控制在____(已知：溶液中离子浓度小于1×10^-5mol/L，则认为离子完全沉淀； Ni(OH)₂、Fe(OH)₃ 、Al(OH)₃ 的K_sp 分别为1×10^-15，1×10^-38，1×10^-32；K_w＝1×10^‑14)。

(4)加入有机萃取剂的目的是___　　。

(5)“反萃取”原理是用反萃取剂使被萃取物从有机相返回水相的过程。向操作①后溶有NiR₂ 的有机层中加入硫酸溶液，可重新得到RH，写出该步骤反应的离子方程式___　　。

(6)300℃时，在空气中煅烧CoC₂O₄• 2H₂O晶体可制得Co₃O₄，该反应的化学方程式为___　　。

Answer

SiO2 提高硫酸的浓度或提高反应的温度或搅拌等 分液漏斗、烧杯 5＜pH＜9 溶解NiR2，使之与水层分离 NiR2+2H+=2RH+Ni2+ 3CoC2O4• 2H2O+2O2 Co3O4+6CO2+6H2O

【解析】

用含钴废料(主要成分为Co，含有一定量的Ni、Al2O3、Fe、SiO2等)制备草酸钴晶体(CoC2O4•2H2O)：粉碎后用硫酸溶解，SiO2不与硫酸反应，过滤得到滤液中含有CoSO4、NiSO4、FeSO4、Al2(SO4)3及过量的硫酸，滤渣Ⅰ为SiO2，滤液中加入过氧化氢和CoO，将Fe2+氧化为Fe3+，同时调节pH，使铁离子、铝离子转化为沉淀除去，所以滤渣Ⅱ为氢氧化铁、氢氧化铝，向滤液中加入RH，Ni2+溶于有机层，为分液，向水层加入(NH4)2C2O4，得到草酸钴晶体，以此来解答。

(1)用含钴废料，粉碎后用硫酸溶解，SiO2不与硫酸反应，滤渣Ⅰ为SiO2，提高硫酸的浓度、提高反应的温度、搅拌能提高酸浸速率；

(2)通过操作①得到水层和有机层，则操作①为分液，分液需要的仪器有：分液漏斗、烧杯；

(3)加入氧化钴的目的是调节溶液的pH。若要将浸出液中Fe3+和Al3+全部沉淀，Al(OH)3的Ksp为1×10−32，则c(OH−)==10−9mol/L，c(H+)==10-5 mol/L，Ni2+不能沉淀，Ni(OH)2的Ksp为1×10−15，开始沉淀的c(OH−)=≈10−5mol/L，c(H+)==10-9 mol/L，则调节溶液5＜pH＜9；

(4)根据分析，加入有机萃取剂的目的是溶解NiR2，使之与水层分离；

(5)“反萃取”原理是用反萃取剂使被萃取物从有机相返回水相的过程。向操作①后溶有NiR2 的有机层中加入硫酸溶液，可重新得到RH，反应的离子方程式NiR2+2H+=2RH+Ni2+；

(6)300℃时，在空气中煅烧CoC2O4• 2H2O晶体可制得Co3O4，该反应的化学方程式为3CoC2O4• 2H2O+2O2 Co3O4+6CO2+6H2O。