Question

过渡金属催化的反应已成为重要的合成工具，贵金属成本高，会对环境造成的不利影响。因此研究成本低廉的含锰、铁、钴、镍、铜等催化剂应用成为热点。以下是以含钴废渣（主要成分CoO、Co₂O₃，还含有Al₂O₃、ZnO等杂质）为原料制备CoCO₃的一种工艺流程：

下表列出了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1.0 mol/L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

回答下列问题：

（1）“酸浸”时通入SO₂的目的是 ____________，反应的离子方程式为______________。

（2）“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 __________________。

（3）“沉钴”时Na₂CO₃溶液需缓慢滴加的原因是 ____________。

（4）用得到的CoCO₃等为原料采用微波水热法和常规水热法可以制得两种Co_xNi_(1-x)Fe₂O₄（其中Co、Ni均为+2价），均可用作H₂O₂分解的催化剂，有较高的活性。如图是两种不同方法制得的Co_xNi_(1-x)Fe₂O₄在10℃时催化分解6%的H₂O₂溶液的相对初始速率随x变化曲线。由图中信息可知：____________法制取得到的催化剂活性更高，由此推测Co²⁺、Ni²⁺两种离子中催化效果更好的是____________ 。

（5）用纯碱沉淀转化法也可以从草酸钴(CoC₂O₄)废料得到CoCO₃，向含有CoC₂O₄固体的溶液中滴加Na₂CO₃溶液，当有CoCO₃沉淀生成时，溶液中=___________。[已知K_sp(CoC₂O₄)=6.3×10^-8  K_sp (CoCO₃) =1.4×10^{- 13}]

Answer

将Co3+转化为Co2+ 2Co3++SO2+2H2O= 2Co2++SO42-+4H+ 向有几层中加入适量的硫酸溶液充分振荡，静置，分液 防止加入过快而产生Co(OH)2沉淀 微波水热 Co2+ 2.2×10-6

【解析】（1）从流程图知要把Co3+转化为Co2+，SO2具有还原性，能把Co3+转化为Co2+，所以“酸浸”时通入SO2的目的是将Co3+转化为Co2+ ，反应的离子方程式为2Co3++SO2+2H2O= 2Co2++SO42-+4H+。因此，本题正确答案为：将Co3+转化为Co2+。

（2）“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溶液的操作是向有几层中加入适量的硫酸溶液，使平衡逆向进行，充分振荡后再静置，分液。

（3）为防止因加入Na2CO3溶液过快而产生Co(OH)2沉淀，“沉钴”时需缓慢滴加，因此，本题正确答案为：防止加入过快而产生Co(OH)2沉淀。

（4）H2O2分解的分解速率越大，催化剂活性活性越高，根据图像可以知道，X相同时，微波水热法初始速率大于常规水热法，故微波水热制取得到的催化剂活性更高；由图可以知道，随X越大，过氧化氢的分解速率越大，而X增大，Co2+的比例增大，故Co2+的催化效果更好，因此，本题正确答案为：微波水热 ；Co2+。

（5）向含有CoC2O4固体的溶液中滴加Na2CO3溶液，当有CoCO3沉淀生成时，Ksp(CoC2O4)=c(Co2+)c(CO32-)，Ksp (CoCO3)=c(Co2+)c(C2O42-)，所以溶液中= Ksp (CoCO3)/ Ksp(CoC2O4)= 1.4×10- 13/6.3×10-8=2.2×10-6。