Question

CoCO₃可用作选矿剂、催化剂及伪装涂料的颜料。以含钴废渣(主要成CoO、Co₂O₃，还含有Al₂O₃、ZnO 等杂质) 为原料制备CoCO₃的一种工艺流程如下：

  下表是相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH(开始沉淀的pH 按金属离子浓度为1.0mol·L^-1计算)：

金属离子	开始沉淀的pH	沉淀完全的pH
Co^2+	7.6	9.4
Al^3+	3.0	5.0
Zn^2+	5.4	8.0

（1）写出“酸溶”时发生氧化还原反应的化学方程式_________________。

（2）“除铝”过程中需要调节溶液pH 的范围为______________，形成沉渣时发生反应的离子方程式为_____________________。  

（3）在实验室里，萃取操作用到的玻璃仪器主要有____________；上述“萃取”过程可表示为ZnSO₄(水层)+2HX(有机层) ZnX₂(有机层)+H₂SO₄(水层)，由有机层获取ZnSO₄溶液的操作是_________________________。

（4）“沉钴”时，Na₂CO₃溶液滴加过快会导致产品不纯，请解释原因_________________。

（5）在空气中煅烧CoCO₃生成钴氧化物和CO₂，测得充分煅烧后固体质量为2.41g，CO₂ 的体积为0.672 L(标准状况)，则该钴氧化物的化学式为____________________。

Answer

Co2O3+SO2+H2SO4=2CoSO4+H2O 5.0～5.4 2Al3++3CO32-+3H2O=2Al(OH)3↓+3CO2↑ 分液漏斗，烧杯 向有机层中加入适量的硫酸溶液充分振荡，静置，分离出水层 Na2CO3溶液滴加过快，会导致局部碱性过强而产生Co(OH)2 Co3O4

【解析】试题分析：本题以含钴废渣为原料制备CoCO3的流程为载体，考查流程的分析、方程式的书写、物质的分离和提纯、盐类的水解和化学式的确定。

（1）“酸溶”时加入H2SO4和SO2，由于SO2具有还原性，SO2将钴废渣中+3价的Co还原为+2价，“酸溶”时发生的非氧化还原反应为：CoO+H2SO4=CoSO4+H2O、Al2O3+3H2SO4=Al2（SO4）3+3H2O、ZnO+H2SO4=ZnSO4+H2O，发生的氧化还原反应为Co2O3+SO2+H2SO4=2CoSO4+H2O。

（2）“除铝”过程中Al3+完全沉淀，其它金属阳离子不形成沉淀，根据Co2+、Al3+、Zn2+开始沉淀和沉淀完全的pH，“除铝”过程中需要调节溶液pH的范围为5.0~5.4。形成沉渣时加入的是Na2CO3，发生的是Al3+与CO32-的双水解反应，形成沉渣时反应的离子方程式为2Al3++3CO32-+3H2O=2Al（OH）3↓+3CO2↑。

（3）在实验室里，萃取操作用到的玻璃仪器主要有分液漏斗、烧杯。由有机层获得ZnSO4溶液，要使平衡ZnSO4（水层）+2HX（有机层）ZnX2（有机层）+H2SO4（水层）逆向移动，所以要向有机层中加入硫酸然后分液，由有机层获得ZnSO4溶液的操作是：向有机层中加入适量的硫酸溶液充分振荡，静置，分离出水层。

（4）“沉钴”时是向CoSO4溶液中加入Na2CO3溶液产生CoCO3沉淀，由于Na2CO3溶液呈碱性，若Na2CO3溶液滴加过快会导致局部碱性过强而产生Co（OH）2沉淀，导致产品CoCO3中混有Co（OH）2。

（5）n（CO2）==0.03mol，根据C守恒，n（CoCO3）=n（CO2）=0.03mol；根据Co守恒，n（Co）=0.03mol，氧化物中n（O）==0.04mol，n（Co）：n（O）=0.03mol：0.04mol=3:4，该钴氧化物的化学式为Co3O4。