Question

【題目】鈷被譽為戰略物資，有出色的性能和廣泛的應用。以水鈷礦（主要成分為Co2O3、CoO、CuO、Fe2O3、CaO、MgO、NiO和SiO2等）為原料制備CoCl2·6H2O的工藝流程如圖所示：

回答下列問題：

(1)“酸浸”

①鈷的浸出率隨酸浸時間、溫度的變化關系如下圖所示。綜合考慮成本，應選擇的最佳工藝條件為_________________；濾渣A的主要成分為__________。

②寫出Co2O3與濃硫酸反應生成CoSO4的化學方程式___________________________。

(2)“凈化除雜”過程包括除鐵、除鈣鎂、除銅等步驟。

①除鐵：加入適量Na2SO4固體，析出淡黃色晶體黃鈉鐵礬Na2Fe6(SO4)4(OH)12，寫出反應的離子方程式____________________________________。

②除銅：加入適量Na2S2O3，發生反應2CuSO4＋2Na2S2O3＋2H2O＝Cu2S↓＋S↓＋2Na2SO4＋2H2SO4，Na2S2O3中硫元素的化合價是___________，上述反應每消耗15.8 g Na2S2O3，反應中轉移電子___________mol。

(3)“萃取和反萃取”

①“水相C”中的溶質主要是Na2SO4和________（寫化學式）。

②實驗室稱取100g原料（含鈷11.80%），反萃取時得到濃度為0.036mol·L－1的CoCl2溶液5L，忽略損耗，鈷的產率＝____________（產率=）。

Answer 1

【答案】12h，90℃SiO2（二氧化硅）2Co2O3＋4H2SO4(濃)4CoSO4＋4H2O＋O2↑2Na+＋6Fe3+＋4SO42－＋12H2ONa2Fe6(SO4)4(OH)12↓＋12H++20.4NiSO490%

【解析】

（1）①結合題給圖像和鈷的浸出率來看，綜合考慮成本，應選擇的最佳工藝條件為12h，90℃；水鈷礦主要成分中除SiO2在酸浸過程中不能溶解，所以濾渣A的主要成分為SiO2（二氧化硅）；

②Co2O3與濃硫酸反應生成CoSO4，可知Co2O3作氧化劑，而硫酸中的H、S都處于最高價，故Co2O3只能氧化硫酸中的氧元素生成O2，根據電子守恒可以寫出該反應的化學方程式為2Co2O3＋4H2SO4(濃)4CoSO4＋4H2O＋O2↑，

因此，本題中確答案為：12h，90℃；SiO2（二氧化硅）；2Co2O3＋4H2SO4(濃)4CoSO4＋4H2O＋O2↑；

（2）①加入適量Na2SO4固體，析出淡黃色晶體黃鈉鐵礬Na2Fe6(SO4)4(OH)12，根據原子守恒可寫出反應的離子方程式為2Na+＋6Fe3+＋4SO42－＋12H2ONa2Fe6(SO4)4(OH)12↓＋12H+；

②加入適量Na2S2O3，發生反應2CuSO4＋2Na2S2O3＋2H2O＝Cu2S↓＋S↓＋2Na2SO4＋2H2SO4，Na2S2O3中硫元素的化合價是+2，化合價降低的是銅從+2價降到-1價，Na2S2O3中有一部分S化合價從+2價降到-2價或0價，有一部分從+2價升高到+6價（生成H2SO4），每消耗2molNa2S2O3，反應中轉移電子(6-2)2mol=8mol，則每消耗15.8 g Na2S2O3，反應中轉移電子×8=0.4mol，

因此，本題中確答案為：2Na+＋6Fe3+＋4SO42－＋12H2ONa2Fe6(SO4)4(OH)12↓＋12H+ ；+2；0.4；

(3)①縱覽整個流程可知，經過了酸浸以后，過濾，得到的濾液經歷了除鐵、除鈣和鎂、除銅以后，在經過萃取操作，“水相C”中的主要溶質只剩下Na2SO4和NiSO4；

②實驗室稱取100g原料（含鈷11.80%），反萃取時得到濃度為0.036mol·L－1的CoCl2溶液5L，忽略損耗，則鈷的產率＝×100%=90%。

因此，本題中確答案為：NiSO4 ；90%。