Question

钴被誉为战略物资，有出色的性能和广泛的应用。以水钴矿（主要成分为Co₂O₃、CoO、CuO、Fe₂O₃、CaO、MgO、NiO和SiO₂等）为原料制备CoCl₂·6H₂O的工艺流程如图所示：

回答下列问题：

(1)“酸浸”

①钴的浸出率随酸浸时间、温度的变化关系如下图所示。综合考虑成本，应选择的最佳工艺条件为_________________；滤渣A的主要成分为__________。

②写出Co₂O₃与浓硫酸反应生成CoSO₄的化学方程式___________________________。

(2)“净化除杂”过程包括除铁、除钙镁、除铜等步骤。

①除铁：加入适量Na₂SO₄固体，析出淡黄色晶体黄钠铁矾Na₂Fe₆(SO₄)₄(OH)₁₂，写出反应的离子方程式____________________________________。

②除铜：加入适量Na₂S₂O₃，发生反应2CuSO₄＋2Na₂S₂O₃＋2H₂O＝Cu₂S↓＋S↓＋2Na₂SO₄＋2H₂SO₄，Na₂S₂O₃中硫元素的化合价是___________，上述反应每消耗15.8 g Na₂S₂O₃，反应中转移电子___________mol。

(3)“萃取和反萃取”

①“水相C”中的溶质主要是Na₂SO₄和________（写化学式）。

②实验室称取100g原料（含钴11.80%），反萃取时得到浓度为0.036mol·L^－1的CoCl₂溶液5L，忽略损耗，钴的产率＝____________（产率=）。

Answer

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

【解析】

（1）①结合题给图像和钴的浸出率来看，综合考虑成本，应选择的最佳工艺条件为12h，90℃；水钴矿主要成分中除SiO2在酸浸过程中不能溶解，所以滤渣A的主要成分为SiO2（二氧化硅）；

②Co2O3与浓硫酸反应生成CoSO4，可知Co2O3作氧化剂，而硫酸中的H、S都处于最高价，故Co2O3只能氧化硫酸中的氧元素生成O2，根据电子守恒可以写出该反应的化学方程式为2Co2O3＋4H2SO4(浓)4CoSO4＋4H2O＋O2↑，

因此，本题中确答案为：12h，90℃；SiO2（二氧化硅）；2Co2O3＋4H2SO4(浓)4CoSO4＋4H2O＋O2↑；

（2）①加入适量Na2SO4固体，析出淡黄色晶体黄钠铁矾Na2Fe6(SO4)4(OH)12，根据原子守恒可写出反应的离子方程式为2Na+＋6Fe3+＋4SO42－＋12H2ONa2Fe6(SO4)4(OH)12↓＋12H+；

②加入适量Na2S2O3，发生反应2CuSO4＋2Na2S2O3＋2H2O＝Cu2S↓＋S↓＋2Na2SO4＋2H2SO4，Na2S2O3中硫元素的化合价是+2，化合价降低的是铜从+2价降到-1价，Na2S2O3中有一部分S化合价从+2价降到-2价或0价，有一部分从+2价升高到+6价（生成H2SO4），每消耗2molNa2S2O3，反应中转移电子(6-2)2mol=8mol，则每消耗15.8 g Na2S2O3，反应中转移电子×8=0.4mol，

因此，本题中确答案为：2Na+＋6Fe3+＋4SO42－＋12H2ONa2Fe6(SO4)4(OH)12↓＋12H+ ；+2；0.4；

(3)①纵览整个流程可知，经过了酸浸以后，过滤，得到的滤液经历了除铁、除钙和镁、除铜以后，在经过萃取操作，“水相C”中的主要溶质只剩下Na2SO4和NiSO4；

②实验室称取100g原料（含钴11.80%），反萃取时得到浓度为0.036mol·L－1的CoCl2溶液5L，忽略损耗，则钴的产率＝×100%=90%。

因此，本题中确答案为：NiSO4 ；90%。