Question

【題目】利用水鈷礦(主要成分為Co2O3，含少量Fe2O3、A12O3、MnO、MgO、CaO等)制取草酸鈷的工藝流程如圖：

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

(1)浸出過程中加入Na2SO3的目的是_____。

(2)NaClO3在反應中氯元素被還原為最低價，該反應的離子方程式為_____。

(3)加Na2CO3能使浸出液中某些金屬離子轉化成氫氧化物沉淀。試用離子方程式和必要的文字簡述其原理：_____。

(4)萃取劑對金屬離子的萃取率與pH的關系如圖所示，在濾液II中適宜萃取的pH為_____左右。

a.2.0~2.5 b.3.0~3.5 c.4.0~4.5

(5)濾液I“除鈣、鎂”是將其轉化為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=____。

(6)工業上用氨水吸收廢氣中的SO2。已知NH3·H2O的電離平衡常數K=1.8×10-5，H2SO3的電離平衡常數K1=1.2×10-2，K2=1.3×10-8。在通廢氣的過程中，當恰好形成正鹽時，溶液中離子濃度的大小關系為____。

Answer 1

【答案】還原Fe3+、Co3+為Fe2+、Co2+ ClO3-+6Fe2++6H+=6Fe3++Cl-+3H2O 加入的碳酸鈉（或CO32-）與H+反應，c(H+)降低，使Fe3+和Al3+（用M3+代替）的水解平衡M3++3H2OM(OH)3+3H+，向右移動，而產生氫氧化物沉淀 b 0.7 c(NH4+)>c(SO32-)>c(OH-)>c(HSO3-)>c(H+)

【解析】

水鈷礦(主要成分為Co2O3，含少量Fe2O3、A12O3、MnO、MgO、CaO等)中加入鹽酸溶解，再加入Na2SO3還原，所得浸取液中含有的陽離子為H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Ca2+、Mg2+、Al3+等，說明Co3+、Fe3+被Na2SO3還原為Co2+、Fe2+；加入NaClO3，因為NaClO3在反應中氯元素被還原為最低價，所以它作氧化劑，將Fe2+氧化為Fe3+，同時生成Cl-等；加入Na2CO3調節pH=5.2，由表中數據可知，Fe3+、Al3+分別生成Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀；濾液1中加入NaF，Ca2+、Mg2+分別生成CaF2、MgF2沉淀，此時溶液中還存在的待除離子為Mn2+；加入萃取劑，從表中提取信息，因為我們不能讓Co2+大量轉化為沉淀，所以需控制溶液的pH達到合適值；最后加入(NH4)2C2O4，讓Co2+轉化為CoC2O4沉淀。

(1)從分析中可知，為還原Co3+、Fe3+，加入Na2SO3，由此得出浸出過程中加入Na2SO3的目的是還原Fe3+、Co3+為Fe2+、Co2+。答案為：還原Fe3+、Co3+為Fe2+、Co2+；

(2)NaClO3在反應中氯元素被還原為最低價，同時將Fe2+氧化為Fe3+，該反應的離子方程式為ClO3-+6Fe2++6H+=6Fe3++Cl-+3H2O。答案為：ClO3-+6Fe2++6H+=6Fe3++Cl-+3H2O；

(3)加Na2CO3能使浸出液中Fe3+、Al3+分別生成Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀。用離子方程式和必要的文字簡述其原理為：加入的碳酸鈉（或CO32-）與H+反應，c(H+)降低，使Fe3+和Al3+（用M3+代替）的水解平衡M3++3H2OM(OH)3+3H+，向右移動，而產生氫氧化物沉淀。答案為：加入的碳酸鈉（或CO32-）與H+反應，c(H+)降低，使Fe3+和Al3+（用M3+代替）的水解平衡M3++3H2OM(OH)3+3H+，向右移動，而產生氫氧化物沉淀；

(4)溶液中待除離子為Mn2+，加入萃取劑，不能讓Co2+大量轉化為沉淀，所以在濾液II中適宜萃取的pH為3.0~3.5左右，即選擇b。答案為：b；

(5)因為當加入過量NaF后，在同一溶液中，c(F-)相同，所得濾液中==0.7。答案為：0.7；

(6)工業上用氨水吸收廢氣中的SO2，恰好反應生成(NH4)2SO3，因為NH3·H2O的電離平衡常數K=1.8×10-5，H2SO3的電離平衡常數K2=1.3×10-8，所以(NH4)2SO3溶液中，SO32-的水解程度大于NH4+，則c(NH4+)>c(SO32-)，水解生成的HSO3-進一步水解，生成H2SO3和OH-，所以c(OH-)>c(HSO3-)，從而得出在通廢氣的過程中，溶液中離子濃度的大小關系為c(NH4+)>c(SO32-)>c(OH-)>c(HSO3-)>c(H+)。答案為：c(NH4+)>c(SO32-)>c(OH-)>c(HSO3-)>c(H+)。