Question

【題目】鈷（Co）及其化合物在工業(yè)上有廣泛應(yīng)用。為從某工業(yè)廢料中回收鈷,某學(xué)生設(shè)計(jì)流程如下（廢料中含有Al、Li、Co2O3和Fe2O3等物質(zhì)）。

已知:①物質(zhì)溶解性:LiF難溶于水,Li2CO3微溶于水;

②部分金屬離子形成氫氧化物沉淀的pH見(jiàn)下表。

	Fe3+	Co2+	Co3+	Al3+
pH(開(kāi)始沉淀)	1.9	7.15	-0.23	3.4
pH(完全沉淀)	3.2	9.15	1.09	4.7

請(qǐng)回答:

（1）步驟Ⅰ中得到含鋁溶液的反應(yīng)的離子方程式是__________。

（2）寫出步驟Ⅱ中Co2O3與鹽酸反應(yīng)生成Cl2的離子方程式:______。

（3）步驟Ⅲ中Na2CO3溶液的作用是調(diào)節(jié)溶液的pH,應(yīng)使溶液的pH不超過(guò)______;廢渣中的主要成分除了LiF外,還有______。

（4）NaF與溶液中的Li+形成LiF沉淀,此反應(yīng)對(duì)步驟Ⅳ所起的作用是______。

（5）在空氣中加熱5.49 g草酸鈷晶體（CoC2O4·2H2O）樣品,受熱過(guò)程中不同溫度范圍內(nèi)分別得到一種固體物質(zhì),其質(zhì)量如表。

溫度范圍/℃	固體質(zhì)量/g
150~210	4.41
290~320	2.41
890~920	2.25

①加熱到210 ℃時(shí),固體質(zhì)量減輕的原因是__________。

②經(jīng)測(cè)定,加熱到210~290 ℃過(guò)程中的生成物只有CO2和鈷的氧化物,此過(guò)程發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為___________。[已知M(CoC2O4·2H2O)=183 g·mol-1]

Answer 1

【答案】 2Al+2OH-+2H2O2AlO2 -+3H2↑ Co2O3+6H++2Cl-2Co2++Cl2↑+3H2O 7.15 Fe(OH)3 降低濾液中Li+濃度,避免步驟Ⅳ中產(chǎn)生 Li2CO3沉淀失去結(jié)晶水 3CoC2O4+2O2Co3O4+6CO2

【解析】流程分析：廢料中含有Al、Li、Co2O3和Fe2O3等物質(zhì)，流程目的為回收鈷，則Al、Li、Fe等元素為雜質(zhì)，要進(jìn)行除雜。步驟Ⅰ：堿浸泡，利用NaOH溶液溶解廢料中的Al，得到鈷渣和含鋁溶液。步驟Ⅱ，酸液，向鈷渣中加入鹽酸，Li、Co2O3和Fe2O3均溶解。步驟Ⅲ，凈化，加入稀碳酸鈉溶液，調(diào)節(jié)溶液pH，促進(jìn)Fe3+水解，生成氫氧化鐵沉淀，加入NaF,可以生成難溶的LiF沉淀。步驟Ⅳ，在濾液中加入濃碳酸鈉溶液，將鈷離子轉(zhuǎn)化為碳酸鈷沉淀。再加入鹽酸和草酸銨溶液得到草酸鈷晶體，高溫分解得到CoO。

（1）步驟Ⅰ中加NaOH，Al和NaOH溶液反應(yīng)生成NaAlO2和H2，故離子方程式為：2Al+2OH-+2H2O=2AlO2 -+3H2↑；

（2）步驟Ⅱ中Co2O3與鹽酸反應(yīng)生成Cl2，根據(jù)上述流程分析，Co元素最終變?yōu)?2價(jià)，則該反應(yīng)中，Co2O3的還原產(chǎn)物為CoCl2。結(jié)合原子守恒和電子守恒分析配平可得離子方程式：Co2O3+6H++2Cl-=2Co2++Cl2↑+3H2O；

（3）步驟Ⅲ中Na2CO3溶液的作用是調(diào)節(jié)溶液的pH，沉淀鐵離子，依據(jù)表中數(shù)據(jù)分析判斷應(yīng)使溶液的pH超過(guò)3.2，但不能沉淀鈷離子，應(yīng)使溶液的pH不超過(guò)7.15，廢渣中的主要成分除了LiF外還有Fe(OH)3；

故答案為：7.15；Fe(OH)3；

（4）步驟Ⅳ中加入濃碳酸鈉溶液沉淀鈷離子，根據(jù)已知信息，Li2CO3微溶，為了避免在步驟Ⅳ中生成Li2CO3，在步驟Ⅲ中先加入NaF與溶液中的Li+形成難溶的LiF沉淀，減小Li+的濃度，避免CoCO3中引入Li2CO3雜質(zhì)。

故答案為：降低溶液中Li+濃度，避免步驟Ⅳ中產(chǎn)生Li2CO3沉淀；

（5）晶體物質(zhì)的量n=，則結(jié)晶水共0.06mol，結(jié)晶水的質(zhì)量=0.06mol×18g/mol=1.08g。根據(jù)圖表數(shù)據(jù)可知，150～210℃范圍內(nèi)，固體質(zhì)量變化=5.49g-4.41g=1.08g，說(shuō)明210°C失去所有結(jié)晶水得到CoC2O4。210～290℃過(guò)程中是CoC2O4的反應(yīng)，加熱到210～290 ℃過(guò)程中的生成物只有CO2和鈷的氧化物，n(CO2)=0.06mol，m(CO2)=0.06mol×44g/mol=2.64g，根據(jù)表格數(shù)據(jù)，此階段固體質(zhì)量共減小=4.41g-2.41g=2g＜m(CO2)，說(shuō)明此階段還有另外的物質(zhì)參與反應(yīng)。根據(jù)元素守恒，參加反應(yīng)的還有O2，則反應(yīng)的m(O2)=2.64g-2g=0.64g，n(O2)=0.02mol；所以n(CoC2O4)：n(O2)：n(CO2)=0.03∶0.02∶0.06=3∶2∶6，依據(jù)原子守恒得化學(xué)方程式：3CoC2O4+2O2 Co3O4+6CO2。

故答案為：Li2CO3沉淀失去結(jié)晶水；3CoC2O4+2O2 Co3O4+6CO2。