【題目】三氧化二鈷主要用作顏料、釉料及磁性材料,利用銅鈷礦石制備Co2O3的工藝流程如圖所示。

已知:銅鈷礦石主要含有CoO(OH)、CoCO3、Cu2(OH)2CO3SiO2,其中還含有一定量的Fe2O3、MgOCaO等。請回答下列問題:

(1)“浸泡過程中可以加快反應速率和提高原料利用率的方法是_______(寫出2種即可)。

(2)“浸泡過程中,加入Na2SO3溶液的主要作用是____________。

(3)沉銅后的濾液中加入NaClO3溶液,寫出濾液中的金屬離子與NaClO3反應的離子方程式________________。

(4)溫度、pH對銅、鈷浸出率的影響如圖1、圖2所示:

浸泡銅鈷礦石的適宜條件為__________________。

②圖2pH增大時銅、鈷浸出率下降的原因可能是___________。

(5)CoC2O4·2H2O在空氣中高溫煅燒得到Co2O3的化學方程式是________。

(6)一定溫度下,向濾液A中加入足量的NaF溶液可將Ca2+、Mg2+沉淀而除去,若所得濾液Bc(Mg2+)=1.0×10-5 mol/L,則濾液Bc(Ca2+)______。[已知該溫度下Ksp(CaF2)=3.4×10-11,Ksp(MgF2)=7.1×1011

【答案】升溫、粉碎礦石、適當增加稀硫酸的濃度(任意兩種) Co3+、Fe3+還原為Co2+、Fe2+ ClO3-+6Fe2++6H+=Cl-+6Fe3++3H2O 溫度為6575、pH0.51.5 pH升高后溶液中c(H+)下降,溶解CoO(OH)、CoCO3、Cu2(OH)2CO3的能力降低 4CoC2O4·2H2O+3O22Co2O3+8CO2+8H2O 4.8×10-6 mol/L

【解析】

含鈷廢料中加入過量稀硫酸和Na2SO3,可得Co2+、Cu2+、Fe2+Mg2+、Ca2+,加入的Na2SO3主要是將Co3+、Fe3+還原為Co2+Fe2+,沉銅后加入NaClO3Fe2+氧化為Fe3+,加入Na2CO3調pH,可以使Fe3+沉淀,過濾后所得濾液主要含有Co2+、Mg2+、Ca2+,再用NaF溶液除去鈣、鎂,過濾后,向濾液中加入濃Na2CO3溶液轉為CoCO3固體,最后進入草酸銨溶液得到草酸鈷,煅燒后制得Co2O3。

(1)“浸泡過程中可以加快反應速率和提高原料利用率的方法是如升高溫度、粉碎礦石、適當增加稀硫酸的濃度等(任意兩種);

(2)Co2O3與硫酸反應產(chǎn)生Co2(SO4)3,雜質Fe2O3與硫酸反應產(chǎn)生Fe2(SO4)3,Co3+、Fe3+都具有氧化性,而Na2SO3具有還原性,所以在浸泡過程中,加入Na2SO3溶液的主要作用是將溶液中的將Co3+、Fe3+還原為Co2+、Fe2+

(3)“沉銅后的濾液中含有Fe2+,向其中加入NaClO3溶液,NaClO3會將Fe2+氧化為Fe3+,則根據(jù)電子守恒、電荷守恒及原子守恒,可知濾液中的Fe2+NaClO3反應的離子方程式為:ClO3-+6Fe2++6H+=Cl-+6Fe3++3H2O

(4)①根據(jù)圖1可知,溫度在65℃~75℃時,鈷、銅的浸出率最高,且之后銅的浸出率變化不大,鈷的浸出率有下降趨勢。在圖2pH0.51.5銅、鈷的浸出率最高,pH>1.5,銅、鈷的浸出率開始下降。故浸泡銅鈷礦石的適宜條件為溫度:65℃~75℃、pH0.51.5;

②圖2pH變化對銅、鈷浸出率的影響,浸出過程中是利用H+CoO(OH)、CoCO3、Cu2(OH)2CO3中的OH-CO32-反應,使得Co3+Co2+溶解在溶液中,所以pH升高后溶液中c(H+)濃度下降,使得溶解CoO(OH)、CoCO3Cu2(OH)2CO3的能力下降;

(5)由題中可知CoC2O42H2O在空氣中高溫煅燒得到Co2O3,CoC2O4Co的化合價為+2價,生成Co2O3(Co的化合價為+3),化合價升高,說明空氣中的O2作為氧化劑參與了反應,而C2O42-具有一定還原性也被O2氧化成CO2,故產(chǎn)物分別為Co2O3CO2,根據(jù)元素守恒,可推測出產(chǎn)物中還有H2O生成。在根據(jù)電子守恒和原子守恒法,最終可得知反應方程式為4CoC2O4·2H2O+3O22Co2O3+8CO2+8H2O;

(6) Ksp(CaF2)=c(Ca2+c2(F-)=3.4×10-11,Ksp(MgF2)=c(Mg2+)·c2(F-)=7.1×1011,所以=0.48,所以c(Ca2+)=0.48×1×10-5 mol/L=4.8×10-6 mol/L。

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2NO(g)2CO(g)N2(g)2CO2(g) △H3=-746 kJ·mol1

①若H2O(l)H2O(g) △H=+44 kJ·mol1,則表示正丁烷燃燒熱的熱化學方程式為__________________。

②部分化學鍵鍵能數(shù)據(jù)為:氧分子中氧氧鍵的鍵能為494 kJ·mol1;CO的鍵能為799 kJ·mol1;CO分子中碳氧鍵的鍵能為1076 kJ·mol1;請計算出反應2CO(g)O2(g)2CO2(g)△H______________kJ·mol1,由此可以計算△H2__________kJ·mol1

(3)1573K時,N2O22NO平衡常數(shù)為2.0×106,若測得內(nèi)燃機內(nèi)平衡混合氣中氮氣、氧氣的物質的量分別為0.2mol、0.001mol,則生成NO的物質的量為_____________mol,N2的轉化率為____________。

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第一步:NO2(g)NO2(g)NO3(g)NO(g) (慢反應)

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