Question

【題目】電子級(jí)鈷的氧化物用于半導(dǎo)體工業(yè)和電子陶瓷等領(lǐng)域，是一種純度很高的氧化物�，F(xiàn)從廢料（含Co3O4、Al、Si、Li2O、Fe2O3等物質(zhì)）中提純電子級(jí)鈷的氧化物，其工業(yè)制取流程如下：

已知：

①物質(zhì)的溶解性：LiF難溶于水，Li2CO3微溶于水；②鈷元素常見的化合價(jià)為+ 2和+ 3；

③部分金屬離子形成氫氧化物沉淀的pH見下表。

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

（1）廢料在處理前要粉碎，其主要目的是（回答兩個(gè)方面）___________；

步驟I得到的濾液A中的溶質(zhì)為___________（填化學(xué)式）。

（2）步驟II中有黃綠色氣體生成，有關(guān)含鈷化合物發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_________。

（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的取值范圍為___________；濾渣B的主要成分為____________。

（4）步驟I、III、IV中均用到的分離提純方法為_______，在實(shí)驗(yàn)室中完成該操作用到的玻璃儀器是__。

（5）5.49gCoC2O4·2H2O（其相對(duì)分子質(zhì)量為183）經(jīng)過反復(fù)洗滌、干燥后，進(jìn)行灼燒，其熱重分析如下表。

溫度范圍/℃	固體質(zhì)量/g
150～210	4.41
290～320	2.25
400～500	2.41

290℃～320℃時(shí)若生成兩種氣體，則發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為___________，400℃～500℃所得固體的化學(xué)式為__________。

Answer 1

【答案】 增加反應(yīng)物的接觸面積，加快化學(xué)反應(yīng)速率，提高原料利用率等 NaAlO2、Na2SiO3 Co3O4+8H++2Cl－=3Co2++Cl2↑+4H2O 3.2≤pH＜7.15 LiF、Fe(OH)3 過濾 燒杯、漏斗、玻璃棒 CoC2O4CoO+CO↑+CO2↑ Co3O4

【解析】試題分析：本題電子級(jí)鈷的氧化物制備的工藝流程為載體考查學(xué)生用所學(xué)知識(shí)分析問題、解決問題的能力；考查點(diǎn)有影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素，離子方程式的書寫，化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作和化學(xué)計(jì)算，題目難度較大。

解答：分析題給化學(xué)工藝流程和信息知廢料中加入足量NaOH溶液浸取，發(fā)生反應(yīng)：2Al+2NaOH+2H2O==2NaAlO2+3H2↑、Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2↑，過濾，濾液A為偏鋁酸鈉和硅酸鈉的混合液，濾渣為鈷渣，向鈷渣中加濃鹽酸，發(fā)生反應(yīng)：Fe2O3+6HCl==2FeCl3+3H2O、Co3O4+8H++2Cl－=3Co2++Cl2↑+4H2O、Li2O+2HCl==2LiCl+H2O，浸出液為氯化鐵、二氯化鈷和氯化鋰的混合液，加入20%碳酸鈉溶液將Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀、加入NaF溶液將Li+轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)iF沉淀，過濾，濾渣B為氫氧化鐵和氟化鋰的混合物；向?yàn)V液B中加入草酸銨生成草酸鈣晶體（沉淀），經(jīng)洗滌、干燥、灼燒得電子級(jí)鈷的氧化物。

（1）廢料在處理前要粉碎，其主要目的是增加反應(yīng)物的接觸面積，加快化學(xué)反應(yīng)速率，提高原料利用率等；步驟I得到的濾液A中的溶質(zhì)為NaAlO2、Na2SiO3 。

（2）根據(jù)題給信息知Co3O4與濃鹽酸反應(yīng)生成二氯化鈷、氯氣和水，利用化合價(jià)升降法結(jié)合原子守恒、電荷守恒配平，該反應(yīng)的離子方程式為Co3O4+8H++2Cl－=3Co2++Cl2↑+4H2O 。

（3）步驟III中Na2CO3溶液的作用是調(diào)節(jié)溶液的pH，為保證Fe3+沉淀完全而Co2+不沉淀，結(jié)合表中數(shù)據(jù)分析應(yīng)使溶液的pH的取值范圍為3.2≤pH＜7.15；濾渣B的主要成分為LiF、Fe(OH)3 。

（4）步驟I、III、IV為分離固體和液體混合物的操作，方法為過濾，在實(shí)驗(yàn)室中完成該操作用到的玻璃儀器是燒杯、漏斗和玻璃棒。

（5）草酸鈣晶體物質(zhì)的量為n=5.49g÷183g/mol=0.03mol，加熱，失去結(jié)晶水的物質(zhì)的量為0.06mol，固體質(zhì)量變化為0.06mol×18g/mol=1.08g，圖表數(shù)據(jù)可知，150～210℃固體質(zhì)量變化=5.49g-4.41g=1.08g，說明150~210℃失去結(jié)晶水得到CoC2O4，210～290℃過程中是CoC2O4發(fā)生分解反應(yīng)生成兩種氣體，依據(jù)元素守恒知只能為CO和CO2，固體物質(zhì)中鈷的質(zhì)量為0.03mol×59g/mol=1.77g，氧元素的質(zhì)量為2.25g-1.77g=0.48g，物質(zhì)的量為0.48g÷16g/mol=0.03mol，Co、O原子個(gè)數(shù)比為1:1，固體物質(zhì)的化學(xué)式為CoO，則發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為CoC2O4CoO+CO↑+CO2↑；400℃~500℃時(shí)2.41g固體中氧元素的質(zhì)量為2.41g-1.77g=0.64g，物質(zhì)的量為0.04mol，鈷、氧原子的物質(zhì)的量之比為3:4，化學(xué)式為Co3O4。