Question

【題目】CoCO3可用作選礦劑、催化劑及偽裝涂料的顏料。以含鈷廢渣(主要成份CoO、Co2O3，還含有Al2O3、ZnO等雜質(zhì))為原料制備CoCO3和ZnSO4溶液的一種工藝流程如下：

下表是相關(guān)金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH(按金屬離子濃度為1.0mol·L-1計(jì)算)：

金屬離子	開始沉淀的pH	完全沉淀的pH
Co2+	7.6	9.4
Al3+	3.0	5.0
Zn2+	5.4	8.0

(1)寫出“酸浸”時(shí)發(fā)生氧化還原反應(yīng)的化學(xué)方程式________________________。

(2)“除鋁”過(guò)程中需要調(diào)節(jié)溶液pH的范圍為_________，形成沉渣時(shí)發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為______________________。

(3)在實(shí)驗(yàn)室里，萃取操作用到的玻璃儀器主要有_________________；上述“萃取”過(guò)程可表示為ZnSO4(水層)+2HX(有機(jī)層)ZnX2(有機(jī)層)+H2SO4(水層)，由有機(jī)層獲取ZnSO4溶液的操作是______________。

(4)“沉鈷”時(shí)，Na2CO3溶液滴加過(guò)快會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品不純，請(qǐng)解釋原因___________________。

(5)在空氣中煅燒CoCO3生成某種鈷氧化物和CO2，若充分煅燒一定量CoCO3后測(cè)定所得固體質(zhì)量為2.41g，CO2的體積為0.672L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，假設(shè)固體為純凈物，其化學(xué)式為__________。

Answer 1

【答案】Co2O3+SO2+H2SO4=2CoSO4+H2O 5.0≤pH＜5.4(或5.0-5.4) 2Al3++3CO32-+3H2O=2Al(OH)3↓+3CO2↑ 分液漏斗、燒杯 向有機(jī)層中加入適量的硫酸溶液充分振蕩，靜置分離出水層 Na2CO3溶液滴加過(guò)快，會(huì)導(dǎo)致局部堿性過(guò)強(qiáng)而產(chǎn)生Co(OH)2 Co3O4

【解析】

以含鈷廢渣(主要成份CoO、Co2O3，還含有Al2O3、ZnO等雜質(zhì))為原料制備CoCO3和ZnSO4溶液，根據(jù)流程：“酸浸”時(shí)金屬氧化物與硫酸發(fā)生反應(yīng)而溶解，結(jié)合最終產(chǎn)物CoCO3中Co元素價(jià)態(tài)可得，“酸浸”時(shí)SO2的作用是將含鈷廢渣中+3價(jià)的Co還原為+2價(jià)；“除鋁”時(shí)加入Na2CO3，Al3+與CO32-發(fā)生雙水解反應(yīng)生成Al(OH)3沉淀除去；加入萃取劑HX(有機(jī)物)，進(jìn)一步從有機(jī)層得到ZnSO4溶液；“沉鈷”時(shí)向CoSO4溶液中加入Na2CO3溶液產(chǎn)生CoCO3沉淀。

（1）“酸浸”時(shí)加入H2SO4和SO2，由于SO2具有還原性，SO2將鈷廢渣中+3價(jià)的Co還原為+2價(jià)，“酸浸”時(shí)發(fā)生的非氧化還原反應(yīng)為：CoO+H2SO4=CoSO4+H2O、Al2O3+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2O、ZnO+H2SO4=ZnSO4+H2O，發(fā)生的氧化還原反應(yīng)為Co2O3+SO2+H2SO4=2CoSO4+H2O。

（2）“除鋁”過(guò)程中Al3+完全沉淀，其它金屬陽(yáng)離子不形成沉淀，根據(jù)已知Co2+、Al3+、Zn2+開始沉淀和沉淀完全的pH，“除鋁”過(guò)程中需要調(diào)節(jié)溶液pH的范圍為5.0~5.4。形成沉渣時(shí)加入的是Na2CO3，發(fā)生的是Al3+與CO32-的雙水解反應(yīng)，形成沉渣時(shí)反應(yīng)的離子方程式為2Al3++3CO32-+3H2O=2Al(OH)3↓+3CO2↑。

（3）在實(shí)驗(yàn)室里，萃取操作用到的玻璃儀器主要有分液漏斗、燒杯；根據(jù)萃取反應(yīng)ZnSO4(水層)+2HX(有機(jī)層) ZnX2(有機(jī)層)+H2SO4(水層)可得，由有機(jī)層獲得ZnSO4溶液，要使平衡逆向移動(dòng)，所以要向有機(jī)層中加入硫酸，然后分液，所以由有機(jī)層獲取ZnSO4溶液的操作是：向有機(jī)層中加入適量的硫酸溶液充分振蕩，靜置分離出水層。

（4）“沉鈷”時(shí)是向CoSO4溶液中加入Na2CO3溶液產(chǎn)生CoCO3沉淀，由于Na2CO3溶液呈堿性，若Na2CO3溶液滴加過(guò)快會(huì)導(dǎo)致局部堿性過(guò)強(qiáng)而產(chǎn)生Co(OH)2沉淀，導(dǎo)致產(chǎn)品CoCO3中混有Co(OH)2。

（5）0.672L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)CO2的物質(zhì)的量為0.03mol，根據(jù)C元素守恒，n(CoCO3)=n(CO2)=0.03mol；根據(jù)Co元素守恒，n(Co)=0.03mol，m(Co)=0.03mol×59g/mol=1.77g，則氧化物中m(O)=2.41g-1.77g=0.64g，所以n(O)=0.04mol，n(Co)：n(O)=0.03mol：0.04mol=3:4，故該鈷氧化物的化學(xué)式為Co3O4。