Question

以含钴废催化剂（主要成分为Co、Fe、SiO₂）为原料，制取钴的氧化物的流程如下：

（1）步骤Ⅰ中废催化剂用硫酸浸出后，将滤渣1进行再次浸出，其目的是____________。

（2）步骤Ⅱ需要加热搅拌，相应的离子方程式为_____________________。

（3）步骤Ⅲ中的反应为2Na⁺＋6Fe³⁺＋4SO₄^2-＋12H₂O＝Na₂Fe₆(SO₄)₄(OH)₁₂＋12H ⁺。过滤后母液的pH = 2.0，c(Na⁺) =a mol·L^-1，c(Fe³⁺) =b mol·L^-1，c(SO₄^2-)= d mol·L^-1，该反应的平衡常数K=___（用含a 、b 、d 的代数式表示）。

（4）完成步骤Ⅳ中反应的离子方程式：

□_______＋□CO₃^2-＋□H₂O＝Co₅(OH)₆(CO₃)₂↓＋□_____

（5）已知CoCl₂的溶解度曲线如图所示。步骤Ⅴ向碱式碳酸钴中加入足量稀盐酸，边加热边搅拌，待固体溶解后需趁热过滤。

①边加热边搅拌的原因是______________；

②趁热过滤的原因是______________。

Answer

（1）提高钴元素的总浸出率（2分） （2） 6Fe2+＋6H+＋ClO3－ 6Fe3+＋Cl－＋3H2O（2分）

（3） （2分）（4）5Co2+＋5CO32-＋3H2O＝Co5(OH)6(CO3)2↓＋3CO2↑（2分）

（5）①加快固体溶解速率（2分） ②防止因温度降低，CoCl2晶体析出（2分）

【解析】

试题分析：（1）洗液与滤液合并，提高洗涤和滤液中钴的利用率；

（2）亚铁离子被氯酸根离子氧化成铁离子，1mol的亚铁离子失去1mol的电子，而1mol的氯酸根离子得到6mol的电子，根据电子得失守恒，可知离子方程式为：6Fe2+＋6H+＋ClO3－ 6Fe3+＋Cl－＋3H2O；

（3）根据反应的方程式2Na+＋6Fe3+＋4SO42-＋12H2O＝Na2Fe6(SO4)4(OH)12＋12H +可知平衡时K＝＝。

（4）根据方程式利用质量守恒定律可知该反应中反应物还有Co2+，生成物还有二氧化碳，因此反应的离子方程式为5Co2+＋5CO32-＋3H2O＝Co5(OH)6(CO3)2↓＋3CO2↑；

（5）①升高温度反应速率加快，所以边加热边搅拌的原因是加快固体溶解速率；

②由CoCl2的溶解度曲线可知，随温度的升高，CoCl2的溶解度增大，所以趁热过滤，防止温度降低氯化钴析出。

【考点定位】本题主要是考查物质制备工艺流程图的分析与应用

【名师点晴】工艺流程题的一般解题思路是：明确题目目的是制取什么物质，从题干或问题中获取有用信息，了解产品的性质。善于从基本概念和反应原理的角度分析流程图试题中的元素及化合物知识，善于从质量守恒原理的角度分析未知物质，寻找解题的突破口。箭头进入的是投料(反应物)，箭尾是生成物。其次注意制备过程中所需的原料和条件的控制以及物质分离方法的选择。读懂流程图，写出主要的化学反应方程式或制备原理。最后要解决一个物质的制备、合成等实际的化学问题往往从成本角度、环保角度、现实角度等多角度考虑。