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化学
题目

草酸钴用途广泛,可用于指示剂和催化剂制备。一种利用水钴矿[主要成分为Co2O3,含少量Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO、CaO等]制取CoC2O4•2H2O工艺流程如下:盐酸 NaClO3 NaF溶液 萃取剂 (NH4)2C2O4溶液-|||-①加Na2CO3-|||-! t-|||-水钻矿 没出 浸出液 调pH至5.2 滤液I 滤液Ⅱ 萃后余液→CoC,O,2H 0-|||-②过滤-|||-Na2SO3 沉淀 除钙、镁 萃取剂层已知:①浸出液含有的阳离子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Ca2+、Mg2+、Al3+等;②部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表: 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)浸出过程中加入Na2SO3的目的是将 ____ 、 ____ 还原(填离子符号),该步反应的离子方程式为 ____ (写一个)。(2)NaClO3的作用是将浸出液中的Fe2+氧化成Fe3+,氯元素被还原为最低价。该反应的离子方程式为 ____ 。(3)利用平衡移动原理分析:加Na2CO3能使浸出液中Fe3+、Al3+转化成氢氧化物沉淀的原因是 ____ 。(4)萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系如下图所示。滤液Ⅱ中加入萃取剂的作用是 ____ ;使用萃取剂适宜的pH= ____ (填序号)左右:盐酸 NaClO3 NaF溶液 萃取剂 (NH4)2C2O4溶液-|||-①加Na2CO3-|||-! t-|||-水钻矿 没出 浸出液 调pH至5.2 滤液I 滤液Ⅱ 萃后余液→CoC,O,2H 0-|||-②过滤-|||-Na2SO3 沉淀 除钙、镁 萃取剂层A.2.0 B.3.0 C. 4.0(5)由萃后余液制取CoC2O4•2H2O的实验操作是 ____ 、 ____ 过滤、洗涤、干燥等步骤。(6)滤液Ⅰ“除钙、镁”是将溶液中Ca2+与Mg2+转化为MgF2、CaF2沉淀。已知Ksp(MgF2)=7.35×10-11、Ksp(CaF2)=1.05×10-10.当加入过量NaF后,所得滤液c(Mg2+)/c (Ca2+)= ____ 。

草酸钴用途广泛,可用于指示剂和催化剂制备。一种利用水钴矿[主要成分为Co2O3,含少量Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO、CaO等]制取CoC2O4•2H2O工艺流程如下:
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已知:①浸出液含有的阳离子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Ca2+、Mg2+、Al3+等;
②部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表:
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)浸出过程中加入Na2SO3的目的是将 ____ 、 ____ 还原(填离子符号),该步反应的离子方程式为 ____     (写一个)。
(2)NaClO3的作用是将浸出液中的Fe2+氧化成Fe3+,氯元素被还原为最低价。该反应的离子方程式为 ____ 。
(3)利用平衡移动原理分析:加Na2CO3能使浸出液中Fe3+、Al3+转化成氢氧化物沉淀的原因是 ____ 。
(4)萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系如下图所示。滤液Ⅱ中加入萃取剂的作用是 ____ ;使用萃取剂适宜的pH= ____ (填序号)左右:
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A.2.0       B.3.0      C. 4.0
(5)由萃后余液制取CoC2O4•2H2O的实验操作是 ____ 、 ____ 过滤、洗涤、干燥等步骤。
(6)滤液Ⅰ“除钙、镁”是将溶液中Ca2+与Mg2+转化为MgF2、CaF2沉淀。已知Ksp(MgF2)=7.35×10-11、Ksp(CaF2)=1.05×10-10.当加入过量NaF后,所得滤液c(Mg2+)/c (Ca2+)= ____ 。

题目解答

答案

解:(1)亚硫酸钠具有还原性,能还原氧化性离子Fe3+、Co3+,所以浸出过程中加入Na2SO3的目的是将Fe3+、Co3+还原,反应的离子方程式为:SO32-+2Fe3++H2O=SO42-+2Fe2++2H+、SO32-+2Co3++H2O=SO42-+2Co2++2H+,
故答案为:Co3+;Fe3+;SO32-+2Fe3++H2O=SO42-+2Fe2++2H+(或SO32-+2Co3++H2O=SO42-+2Co2++2H+);
(2)NaClO3具有氧化性,能将浸出液中的Fe2+氧化成Fe3+,自身被还原生成氯离子,同时生成水,离子反应方程式为:ClO3-+6Fe2++6H+=6Fe3++Cl-+3H2O,
故答案为:ClO3-+6Fe2++6H+=6Fe3++Cl-+3H2O;
(3)Fe3+、Al3+水解导致溶液呈酸性,水解方程式为R3++3H2O⇌R(OH)3+3H+,碳酸根离子和氢离子反应,从而促进水解平衡向右移动,产生氢氧化铁、氢氧化铝沉淀;
故答案为:溶液中存在平衡Fe3++3H2O⇌Fe(OH)3+3H+、Al3++3H2O⇌Al(OH)3+3H+,加入碳酸钠后,H+与CO32-反应,使水解平衡右移,从而产生沉淀;
(4)根据流程图可知,此时溶液中存在Mn2+、Co2+金属离子;
由萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系可知,调节溶液pH在3.0~3.5之间,可使Mn2+完全沉淀,并防止Co2+转化为Co(OH)2沉淀;
故答案为:除去溶液中的Mn2+;B;
(5)由萃后余液通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到CoC2O4•2H2O,
故答案为:蒸发浓缩;冷却结晶;
(6)由溶度积可知,滤液Ⅰ“除钙、镁”是将溶液中Ca2+与Mg2+转化为CaF2、MgF2沉淀,根据溶度积可知c(Mg2+):c(Ca2+)=$\frac{{K}_{sp}(Mg{F}_{2})}{{K}_{sp}(Ca{F}_{2})}$=$\frac{7.35×1{0}^{-11}}{1.05×1{0}^{-10}}$=0.7;
故答案为:0.7。

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