Question

【題目】草酸鈷用途廣泛，可用于指示劑和催化劑制備。一種利用水鈷礦［主要成分為Co2O3，含少量Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO、CaO等］制取CoC2O4·2H2O工藝流程如下：

已知：①浸出液含有的陽離子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Ca2+、Mg2+、Al3+等；

②部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時溶液的pH見下表：

沉淀物	Fe(OH)3	Fe(OH)2	Co(OH)2	Al(OH)3	Mn(OH)2
完全沉淀的pH	3.7	9.6	9.2	5.2	9.8

（1）浸出過程中加入Na2SO3的目的是將_____________還原（填離子符號）以便固體溶解。該步反應的離子方程式為 （寫一個）。

（2）NaClO3的作用是將浸出液中的Fe2+氧化成Fe3+，氯元素被還原為最低價。該反應的離子方程式為 。

（3）利用平衡移動原理分析：加Na2CO3能使浸出液中Fe3+、Al3+轉化成氫氧化物沉淀的原因是 。

（4）萃取劑對金屬離子的萃取率與pH的關系如圖所示。濾液Ⅱ中加入萃取劑的作用是 ；使用萃取劑適宜的pH=____（填序號）左右：

A．2.0 B．3.0 C． 4.0

（5）濾液Ⅰ“除鈣、鎂”是將溶液中Ca2+與Mg2+轉化為MgF2、CaF2沉淀。已知Ksp(MgF2)＝7.35×10-11、Ksp(CaF2)＝1.05×10-10。當加入過量NaF后，所得濾液c(Mg2+)/c(Ca2+)＝ 。

Answer 1

【答案】（1）（4分）Fe3+、Co3+（2分）

SO32-+2Fe3++H2O＝SO42-+ 2Fe2++2H+或SO32-+2 Co3++H2O＝SO42-+ 2Co2++2H+（2分）

（2）（3分）ClO3-+6Fe2+ +6H+＝6Fe3++Cl- +3H2O

（3）（3分）因Fe3+和Al3+（用M3+代替）在水溶液中存在平衡M3++H2OM(OH)3+3H+（1分），加入碳酸鈉后CO32-與H+結合生成難電離的HCO3-（1分），使水解平衡右移而產生沉淀（1分）[或:CO32-可發生水解CO32-+H2OHCO3-+OH-，而因Fe3+和Al3+也發生水解：M3++H2O(OH)3+3H+，從而形成雙水解使平衡右移，金屬離子生成沉淀。其它正確敘述相應給分]

（4）（2分）除去Mn2+（1分） B（1分）[pH=3時，Co2+溶解最少，其它離子溶解較多]

（5）（2分）0.7[Ksp(MgF2)÷Ksp(CaF2)＝7.35×10-11÷1.05×10-10=0.7]

【解析】試題分析：含鈷廢料中加入鹽酸和亞硫酸鈉，可得CoCl2、AlCl3、FeCl2、MgCl2、CaCl2、MnCl2，加入NaClO3，可得到FeCl3，然后加入Na2CO3調pH至5.2，可得到Fe（OH）3、Al（OH）3沉淀，過濾后所得濾液主要含有CoCl2、MgCl2、CaCl2、MnCl2，向溶液中加入NaF溶液，除去鈣鎂離子，然后過濾得到的濾液中II中加入萃取劑，萃取后溶液加入草酸銨，得到草酸鈷。

（1）亞硫酸鈉具有還原性，能還原氧化性離子Fe3+、Co3+，所以浸出過程中加入Na2SO3的目的是將Fe3+、Co3+還原，反應的離子方程式為SO32-+2Fe3++H2O＝SO42-+ 2Fe2++2H+或SO32-+2 Co3++H2O

＝SO42-+ 2Co2++2H+；

（2）NaClO3具有氧化性，能將浸出液中的Fe2+氧化成Fe3+，自身被還原生成氯離子，同時生成水，離子反應方程式為ClO3-+6Fe2+ +6H+＝6Fe3++Cl- +3H2O；

（3）Fe3+、Al3+水解導致溶液呈酸性，水解方程式為R3++3H2OR（OH）3+3H+，碳酸根離子和氫離子反應，從而促進水解平衡向右移動，產生氫氧化鐵、氫氧化鋁沉淀；

（4）根據流程圖可知，此時溶液中存在Mn2+、Co2+金屬離子；由萃取劑對金屬離子的萃取率與pH的關系可知，調節溶液PH在3.0～3.5之間，可使Mn2+完全沉淀，并防止Co2+轉化為Co（OH）2沉淀；

（5）當加入過量NaF后，所得濾液中c(Mg2+) / c(Ca2+) ＝＝= 0.7。