Question

18．以含鈷廢催化劑（主要成分為Co、Fe、SiO₂）為原料，制取氧化鈷的流程如下：

（1）溶解：溶解后過濾，將濾渣洗滌2～3次，洗液與濾液合并，其目的是提高鈷等元素的利用率．
（2）氧化：加熱攪拌條件下加入NaClO₃，將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，其離子方程式6Fe²⁺+6H⁺+ClO₃^-═6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O．
已知：鐵氰化鉀化學式為K₃[Fe（CN）₆]；亞鐵氰化鉀化學式為K₄[Fe（CN）₆]•3H₂O．
3Fe²⁺+2[Fe（CN）₆]^3-=Fe₃[Fe（CN）₆]₂↓（藍色沉淀）
4Fe³⁺+3[Fe（CN）₆]^4-=Fe₄[Fe（CN）₆]₃↓（藍色沉淀）
確定Fe²⁺是否氧化完全的方法是取氧化后的溶液少許于試管中，滴加幾滴鐵氰化鉀溶液，若無藍色沉淀生成，則Fe²⁺已全部被氧化．（可供選擇的試劑：鐵氰化鉀溶液、亞鐵氰化鉀溶液、鐵粉、KSCN溶液）
（3）除鐵：加入適量的Na₂CO₃調節酸度，生成黃鈉鐵礬[Na₂Fe₆（SO₄）₄（OH）₁₂]沉淀，寫出該反應的化學方程式3Fe₂（SO₄）₃+6H₂O+6Na₂CO₃=Na₂Fe₆（SO₄）₄（OH）₁₂↓+5Na₂SO₄+6CO₂↑．
（4）沉淀：生成沉淀堿式碳酸鈷[（CoCO₃）₂•3Co（OH）₂]，沉淀需洗滌，洗滌的操作是向漏斗中加入蒸餾水至浸沒沉淀，靜置使濾液流出．重復操作2～3次．
（5）溶解：CoCl₂的溶解度曲線如圖所示．向堿式碳酸鈷中加入足量稀鹽酸，邊加熱邊攪拌至完全溶解后，需趁熱過濾，其原因是防止因溫度降低，CoCl₂晶體析出．
（6）灼燒：準確稱取所得CoC₂O₄ 1.470g，在空氣中充分灼燒得0.830g氧化鈷，寫出氧化鈷的化學式Co₂O₃．

Answer 1

分析 鈷廢催化劑加入稀硫酸，發生Co+H₂SO₄=CoSO₄+H₂↑，Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑，過濾濾渣是不溶的二氧化硅，而濾液是硫酸鈷、硫酸亞鐵與過量的硫酸的混合溶液，向濾液中加氯酸鈉將亞鐵離子氧化成鐵離子，然后加入碳酸鈉得到黃鈉鐵礬[Na₂Fe₆（SO₄）₄（OH）₁₂]沉淀，繼續向濾液中加入碳酸鈉，得到堿式碳酸鈷[（CoCO₃）₂•3Co（OH）₂]，然后用鹽酸溶解堿式碳酸鈷[（CoCO₃）₂•3Co（OH）₂]，再向所到溶液中加入草酸銨，得到溶解度極小的草酸鈷，最后燃燒生成氧化鈷；
（1）洗液與濾液合并，提高洗滌和濾液中鈷的利用率；
（2）亞鐵離子被氯酸根離子氧化成鐵離子，根據得失電子守恒分析解答；根據3Fe²⁺+2[Fe（CN）₆]^3-=Fe₃[Fe（CN）₆]₂↓（藍色沉淀）；4Fe³⁺+3[Fe（CN）₆]^4-=Fe₄[Fe（CN）₆]₃↓（藍色沉淀），如果亞鐵離子部分氧化，滴加無色的硫氰化鉀生成藍色沉淀，可向氧化后的溶液中滴入硫氰化鉀，觀察是否有藍色沉淀生成；
（3）生成硫酸鐵與碳酸鈉發生雙水解得到黃鈉鐵礬，書寫化學方程式；
（4）沉淀洗滌的方法是向漏斗中加入蒸餾水至浸沒沉淀，靜置使濾液流出．重復操作2～3次；
（5）CoCl₂的溶解度曲線可知，隨溫度的升高，CoCl₂的溶解度增大，所以趁熱過濾，防止溫度降低氯化鈷析出；
（6）CoC₂O₄的質量為1.470g，其我知道可為0.01mol，Co元素質量為0.59g，鈷氧化物質量為0.83g，氧化物中氧元素質量為0.83g-0.59g=0.24g，則氧化物中Co原子與O原子物質的量之比為0.01mol：$\frac{0.24}{16}$≈2：3，故Co氧化物為Co₂O₃；

解答 解：（1）洗液與濾液合并，提高洗滌和濾液中鈷的利用率，故答案為：提高鈷等元素的利用率；
（2）亞鐵離子被氯酸根離子氧化成鐵離子，1molr的亞鐵離子失去1mol的電子，而1mol的氯酸根離子得到6mol的電子，根據電子得失守恒，可知離子方程式為：6Fe²⁺+6H⁺+ClO₃^-═6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O，取氧化后的溶液少許于試管中，滴加幾滴鐵氰化鉀溶液，若無藍色沉淀生成，則Fe²⁺已全部被氧化，故答案為：6Fe²⁺+6H⁺+ClO₃^-═6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O；取氧化后的溶液少許于試管中，滴加幾滴鐵氰化鉀溶液，若無藍色沉淀生成，則Fe²⁺已全部被氧化；
（3）生成硫酸鐵與碳酸鈉發生雙水解得到黃鈉鐵礬，化學反應方程式為：3Fe₂（SO₄）₃+6H₂O+6 Na₂CO₃=Na₂Fe₆（SO₄）₄（OH）₁₂↓+5 Na₂SO₄+6CO₂↑，故答案為：3Fe₂（SO₄）₃+6H₂O+6 Na₂CO₃=Na₂Fe₆（SO₄）₄（OH）₁₂↓+5 Na₂SO₄+6CO₂↑；
（4）沉淀洗滌的方法是向漏斗中加入蒸餾水至浸沒沉淀，靜置使濾液流出．重復操作2～3次，
故答案為：向漏斗中加入蒸餾水至浸沒沉淀，靜置使濾液流出．重復操作2～3次；
（5）CoCl₂的溶解度曲線可知，隨溫度的升高，CoCl₂的溶解度增大，所以趁熱過濾，防止溫度降低氯化鈷析出，故答案為：防止因溫度降低，CoCl₂晶體析出；
（6）CoC₂O₄的質量為1.470g，其我知道可為0.01mol，Co元素質量為0.59g，鈷氧化物質量為0.83g，氧化物中氧元素質量為0.83g-0.59g=0.24g，則氧化物中Co原子與O原子物質的量之比為0.01mol：$\frac{0.24}{16}$≈2：3，故Co氧化物為Co₂O₃，故答案為：Co₂O₃．

點評 本題考查化學方程的書寫、離子的檢驗、沉淀的洗滌、對圖象的分析處理等，需要學生具備知識的基礎，難度中等．