Question

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

（1）在一定濃度的H₂SO₄溶液中，鈷的浸出率隨時間、溫度的變化如圖1所示．考慮生產(chǎn)成本和效率，最佳的
浸出時間為

 

小時．

（2）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↑
（3）“除鈣、鎂”的原理反應(yīng)如下：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，則濾液中的

c(Ca2+)

c(Mg2+)

=

 

．
（4）“沉淀”中含雜質(zhì)離子主要有SO₄^2-、F^-、

 

和

 

；“操作X”包括洗滌和

 

．其中判斷沉淀洗滌干凈的方法為：

 

．
（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，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 

充電

放電

CoO₂+LiC₆，寫出該電池放電時的正極反應(yīng)式

 

．

Answer 1

考點：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用,原電池和電解池的工作原理

專題：實驗設(shè)計題

分析：（1）根據(jù)浸出率與時間和溫度的關(guān)系及生產(chǎn)成本分析；
（2）根據(jù)原子守恒配平方程式；
（3）

c(Ca2+)

c(Mg2+)

=

Ksp(CaF2)

Ksp(MgF2)

；
（4）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)，檢驗硫酸根離子是否存在檢驗；
（5）放電時，該電池是原電池，正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)．

解答： 解：（1）根據(jù)圖知，時間越長浸出率越高，溫度越高，浸出率越高，但浸出12小時后，浸出率變化不大，90℃和120℃浸出率變化不大，且時間過長、溫度過高導(dǎo)致成本較大，所以最佳的浸出時間為12小時；
故答案為：12；
（2）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；
（3）

c(Ca2+)

c(Mg2+)

=

Ksp(CaF2)

Ksp(MgF2)

=

1.1×10-10

7.40×10-11

=1.5；
故答案為：1.5；
（4）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)，判斷沉淀洗滌干凈的方法為：取最后一次洗滌液于試管中，滴加鹽酸酸化，再加氯化鋇，若無沉淀生成則洗滌干凈；
故答案為：NH₄⁺；Na⁺；干燥；取最后一次洗滌液于試管中，滴加鹽酸酸化，再加氯化鋇，若無沉淀生成則洗滌干凈；
（5）放電時，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)的分離和提純等知識點，難點是（3）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，要結(jié)合電解質(zhì)溶液的酸堿性書寫，難度中等．