Question

我國鈷資源相對比較貧乏，某研究小組以一種含鋰、鋁和鈷的新型電子材料的廢料為原料回收金屬鈷，設(shè)計了如下實驗方案：
已知：（1）該廢料中鋁以金屬鋁箔的形式存在；鈷以Co₂O₃?CoO的形式存在，吸附在鋁箔的單面或雙面；鋰混雜于其中．
（2）三價鈷的氧化性比Cl₂強．
請回答下列問題：
（1）步驟Ⅰ中以NaOH溶液為溶劑，溶解廢料中的鋁，寫出該反應(yīng)的離子方程式

 

．
（2）在鈷渣中加入稀硫酸，再加入Na₂S₂O₃溶液可將鈷渣溶解，并得到只有一種酸根離子的混合鹽溶液，請寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：

 

．若用鹽酸可將鈷渣直接溶解，但工業(yè)上卻不采用鹽酸，其原因是

 

．
（3）鋰鋁渣的主要成分是Al（OH）₃和LiF，步驟III和IV中均用到碳酸鈉溶液，則碳酸鈉溶液在這兩個步驟中所起的不同作用是

 

．

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

專題：實驗設(shè)計題

分析：制備流程為：廢料用堿液溶解，過濾得到偏鋁酸鈉溶液和鈷渣；用硫酸溶解鈷渣，發(fā)生反應(yīng)：4Co₃O₄+Na₂S₂O₃+11H₂SO₄=12CoSO₄+Na₂SO₄+11H₂O，得到含有鈷離子的溶液，然后調(diào)節(jié)溶液pH并用碳酸鈉溶液除去雜質(zhì)鋁離子，得到較純凈的含有鈷離子的溶液，再加入碳酸鈉、調(diào)節(jié)溶液的pH將鈷離子轉(zhuǎn)化成碳酸鈷沉淀，最后灼燒碳酸鈷得到氧化鈷，
（1）鋁和氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和氫氣，注意該反應(yīng)中水是反應(yīng)物；
（2）Co₃O₄和硫代硫酸根離子在酸性條件下發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硫酸根離子、二價鈷離子和水；鹽酸具有還原性，能被Co₂O₃?CoO氧化生成有毒的氯氣；
（3）碳酸鈉溶液在過程Ⅲ中鋁離子能與碳酸根離子發(fā)生雙水解生成氫氧化鋁和二氧化碳；碳酸鈉溶液在過程Ⅳ中調(diào)整pH，提供CO₃^2-，使Co²⁺沉淀為CoCO₃；

解答： 解：制備氧化鈷的大致流程為：制備流程為：廢料用堿液溶解，過濾得到偏鋁酸鈉溶液和鈷渣；用硫酸溶解鈷渣，發(fā)生反應(yīng)：4Co₃O₄+Na₂S₂O₃+11H₂SO₄=12CoSO₄+Na₂SO₄+11H₂O，得到含有鈷離子的溶液，然后調(diào)節(jié)溶液pH并用碳酸鈉溶液除去雜質(zhì)鋁離子，得到較純凈的含有鈷離子的溶液，再加入碳酸鈉、調(diào)節(jié)溶液的pH將鈷離子轉(zhuǎn)化成碳酸鈷沉淀，最后灼燒碳酸鈷得到氧化鈷，
（1）鋁和氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和氫氣，反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式為：2Al+2OH^-+2H₂O=+2AlO₂^-+3H₂↑，故答案為：2Al+2OH^-+2H₂O=+2AlO₂^-+3H₂↑；
（2）Co₃O₄和Na₂S₂O₃在酸性條件下發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成CoSO₄、Na₂SO₄和H₂O，反應(yīng)方程式為：4Co₃O₄+Na₂S₂O₃+11H₂SO₄=12CoSO₄+Na₂SO₄+11H₂O，改寫成離子方程式為：4Co₂O₃?CoO+S₂O₃ ^2-+22H⁺=12Co²⁺+2SO₄^2-+11H₂O，
鹽酸具有還原性，能被Co₂O₃?CoO氧化生成有毒的氯氣而污染環(huán)境，所以不用鹽酸，
故答案為：4Co₂O₃?CoO+S₂O₃ ^2-+22H⁺=12Co²⁺+2SO₄^2-+11H₂O；Co₂O₃?CoO可氧化鹽酸產(chǎn)生Cl₂污染環(huán)境；
（3）碳酸鈉溶液在過程Ⅲ中鋁離子能與碳酸根離子發(fā)生雙水解生成氫氧化鋁和二氧化碳，反應(yīng)的兩種方式為：2Al³⁺+3CO₃^2-+3H₂O=2Al（OH）₃↓+3CO₂↑；
碳酸鈉溶液在過程Ⅳ中調(diào)整pH，提供CO₃^2-，使Co²⁺沉淀為CoCO₃，反應(yīng)的離子方程式為：Co²⁺+CO₃^2-=CoCO₃↓，
故答案為：碳酸鈉溶液在過程Ⅲ中鋁離子能與碳酸根離子發(fā)生雙水解生成氫氧化鋁和二氧化碳，反應(yīng)的兩種方式為：2Al³⁺+3CO₃^2-+3H₂O=2Al（OH）₃↓+3CO₂↑；碳酸鈉溶液在過程Ⅳ中調(diào)整pH，提供CO₃^2-，使Co²⁺沉淀為CoCO₃，反應(yīng)的離子方程式為：Co²⁺+CO₃^2-=CoCO₃↓；

點評：本題考查了金屬及其化合物的性質(zhì)，考查氧化還原反應(yīng)、離子反應(yīng)、關(guān)系式計算等，題目難度中等，解答關(guān)鍵根據(jù)實驗流程利用氧化還原反應(yīng)判斷發(fā)生的離子反應(yīng)，側(cè)重對學(xué)生綜合能力的考查，是一道質(zhì)量較好的能力考查題．