Question

19．水鈷礦中除SiO₂外，還有9.24% CoO、2.78% Fe₂O₃、0.96% MgO、0.084% CaO．從中提取鈷的主要工藝流程如圖1：

（1）請配平下列除鐵的化學(xué)方程式：
□Fe₂（SO₄）₃+□H₂O+□Na₂CO₃=□Na₂Fe₆（SO₄）₄（OH）₁₂↓+□Na₂SO₄+□CO₂↑
（2）“除鈣、鎂”的原理反應(yīng)為：MgSO₄+2NaF═MgF₂↓+Na₂SO₄，CaSO₄+2NaF═CaF₂↓+Na₂SO₄
已知K_SP（CaF₂）=1.11×10^-10，K_SP（MgF₂）=7.40×10^-11，加入過量NaF溶液反應(yīng)完全后過濾，則濾液中$\frac{c（C{a}^{2+}）}{c（M{g}^{2+}）}$=1.5．
（3）“沉淀”中含雜質(zhì)離子主要有SO₄^2-、F^-、NH₄⁺和Na⁺；“操作X”包括洗滌和干燥．
（4）向氯化銅溶液中加入一定量的鐵粉和鋁粉混合物，充分反應(yīng)后，下列情況可能出現(xiàn)的是ab
a．溶液中有Cu²⁺、Fe²⁺、Al³⁺，不溶物為Cu
b．溶液中有Fe²⁺、Al³⁺，不溶物為Cu、Fe
c．溶液中有Fe³⁺、Al³⁺，不溶物為Cu
d．溶液中有Fe²⁺，不溶物為Cu、Al
（5）某鋰離子電池正極是LiCoO₂，含Li⁺導(dǎo)電固體為電解質(zhì)．充電時(shí)，Li⁺還原為Li，并以原子形式嵌入電池負(fù)極材料碳-6（C₆）中（如圖2所示）．電池反應(yīng)為LiCoO₂+C₆ $?_{放電}^{充電}$CoO₂+LiC₆，寫出該電池放電時(shí)的正極反應(yīng)式CoO₂+Li⁺+e^-=LiCoO₂．

Answer 1

分析 水鈷礦磨礦將礦石粉碎，增大接觸面積，加快反應(yīng)速率，加入稀硫酸，礦渣為SiO₂，濾液中含有：CoSO₄、Fe₂（SO₄）₃、MgSO₄、CaSO₄，加入碳酸鈉，除去Fe₂（SO₄）₃，加入氟化鈉，除去鈣鎂，過濾得主要含CoSO₄的溶液，加入草酸銨，通過沉淀、過濾、洗滌、干燥得到四水合草酸鈷，
（1）根據(jù)原子守恒配平方程式；
（2）濾液中$\frac{c（C{a}^{2+}）}{c（M{g}^{2+}）}$=$\frac{Ksp（Ca{F}_{2}）}{Ksp（Mg{F}_{2}）}$；
（3）根據(jù)流程圖中加入的物質(zhì)分析，該沉淀中吸附易溶于水的離子；得到的沉淀要進(jìn)行洗滌和干燥，才能得到較純凈、干燥的物質(zhì)；
（4）鋁和鐵都能把位于其后的金屬從其鹽溶液中置換出來，但鋁的活潑性強(qiáng)于鐵，鋁先與鹽溶液反應(yīng)，然后鐵與與鹽溶液反應(yīng)；
（5）放電時(shí)，該電池是原電池，正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)．

解答 解：水鈷礦磨礦將礦石粉碎，增大接觸面積，加快反應(yīng)速率，加入稀硫酸，礦渣為SiO₂，濾液中含有：CoSO₄、Fe₂（SO₄）₃、MgSO₄、CaSO₄，加入碳酸鈉，除去Fe₂（SO₄）₃，加入氟化鈉，除去鈣鎂，過濾得主要含CoSO₄的溶液，加入草酸銨，通過沉淀、過濾、洗滌、干燥得到四水合草酸鈷，
（1）根據(jù)原子守恒配平方程式，所以其方程式為3Fe₂（SO₄）₃+6H₂O+6Na₂CO₃=Na₂Fe₆ （SO₄）₄（OH）₁₂↓+5Na₂SO₄+6CO₂↑，故答案為：3，6，6，1，5，6；
（2）濾液中$\frac{c（C{a}^{2+}）}{c（M{g}^{2+}）}$=$\frac{Ksp（Ca{F}_{2}）}{Ksp（Mg{F}_{2}）}$=$\frac{1.1×1{0}^{-10}}{7.40×1{0}^{-11}}$=1.5，故答案為：1.5；
（3）該沉淀中吸附易溶于水的離子，根據(jù)流程圖知，溶液中含有銨根離子和鈉離子，所以沉淀上含有銨根離子和鈉離子，得到的沉淀要進(jìn)行洗滌和干燥才能得到較純凈、干燥的物質(zhì)，故答案為：NH₄⁺；Na⁺；洗滌；干燥；
（4）a．鋁粉、鐵粉都全部與溶液反應(yīng)，且溶液過量，溶液中有Cu²⁺、Fe²⁺、Al³⁺，不溶物為Cu，故a正確；
b．鋁粉部分與溶液反應(yīng)、鐵粉與溶液未反應(yīng)，溶液中有Fe²⁺、Al³⁺，不溶物為Cu、Fe，故b正確；
c．鋁粉氯化銅溶液反應(yīng)生成氯化亞鐵和銅，不可能生成Fe³⁺，故c錯(cuò)誤；
d．鋁先與氯化銅溶液反應(yīng)，然后鐵與氯化銅溶液反應(yīng)，只要鋁剩余，鐵與氯化銅溶液就不反應(yīng)，溶液中就不可能含有Fe²⁺，故d錯(cuò)誤；
故選：ab；
（5）放電時(shí)，該電池是原電池，正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：CoO₂+Li⁺+e^-=LiCoO₂，故答案為：CoO₂+Li⁺+e^-=LiCoO₂．

點(diǎn)評 本題考查難溶電解質(zhì)的溶解平衡、電極反應(yīng)式的書寫、物質(zhì)的分離和提純、物質(zhì)性質(zhì)的理解應(yīng)用等知識點(diǎn)，難點(diǎn)是（2）題，明確溶度積常數(shù)的含義是解此題關(guān)鍵，電極反應(yīng)式的書寫是學(xué)習(xí)難點(diǎn)，要結(jié)合電解質(zhì)溶液的酸堿性書寫，難度中等．