Question

2．金屬鈷抗腐蝕性強(qiáng)，可用于生產(chǎn)不銹鋼．以含鈷礦石（主要成份為CoO，還有少量SiO₂、Fe₂O₃和CuO等）為原料生產(chǎn)鉆的工藝流程如圖所示（已知鈷的主要化合價(jià)為+2、+3）：

（1）酸浸前通常要將礦石份碎，則粉粹的目的是加快酸浸速率．
（2）若在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行操作a、操作b，則實(shí)驗(yàn)中均需要用到的一種玻璃儀器是燒杯，操作c中得到鹽與脂肪酸，則操作c的名稱是蒸餾．
（3）由流程圖中的信息，可得出鐵、銅、鈷的硫酸鹽的溶解性的差異是鐵、銅的硫酸鹽易溶于有機(jī)溶劑脂肪酸，而鈷的硫酸鹽難溶于有機(jī)溶劑脂肪酸．
（4）“氧化沉鈷”時(shí)發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2Co²⁺+Cl₂+4OH^-=Co₂O₃+2Cl^-+2H₂O．
（5）氧化鈷→粗鈷的化學(xué)方程式為Co₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Co+3CO₂；若用電解法獲得精鈷，陽極材料是粗鈷．
（6）鋰離子電池是一種二次電池，它主要依靠鋰離子在正極（嵌入有Li的CoO₂）和負(fù)極（嵌入有Li的C₆）之間的移動(dòng)來工作．在充、放電過程中，Li⁺在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌．已知充電時(shí)電池的陰極反應(yīng)為6C+xLi⁺+xe^-═Li_xC₆，則放電時(shí)電池的正極反應(yīng)式為CoO₂+e^-+Li⁺=LiCoO₂，放電過程中Li⁺向正（填“正”或“負(fù)”）極移動(dòng)．

Answer 1

分析 含鈷礦石（主要成份為CoO，還有少量SiO₂、Fe₂O₃和CuO等）用稀硫酸酸浸，過濾后除去濾渣，將濾液進(jìn)行萃取，經(jīng)過分液操作后得到有機(jī)相和無機(jī)相，將無機(jī)相中加入氯氣和氫氧化鈉進(jìn)行氧化沉鈷，過濾后得含鈉的濾液和氧化鈷固體，將氧化鈷固體用一氧化碳還原得粗鈷，再用電解法可獲得精鈷，將有機(jī)相進(jìn)行蒸餾得到鐵鹽、銅鹽和脂肪酸，脂肪酸再用于前面的萃取，進(jìn)行循環(huán)利用，
（1）將礦石份碎，可以增大與酸的接觸面積，進(jìn)而可以加快反應(yīng)速率；
（2）根據(jù)上面的分析可知，操作a為過濾，操作b為分液，根據(jù)實(shí)驗(yàn)中所用玻璃儀器判斷；操作c為分離兩種互溶液的液體，據(jù)此確定操作名稱；
（3）根據(jù)流程圖中的信息可知，鐵、銅的硫酸鹽易溶于有機(jī)溶劑，而鈷的硫酸鹽難溶于有機(jī)溶劑；
（4）“氧化沉鈷”時(shí)，氯氣在堿性條件下將+2價(jià)鈷離子氧化成三氧化二鈷，根據(jù)電荷守恒和元素守恒書寫離子方程式；
（5）用CO還原氧化鈷可得粗鈷；根據(jù)電解精煉的原理可知，用電解法獲得精鈷，陽極材料是粗鈷；
（6）充電時(shí)電池的陰極反應(yīng)為6C+xLi⁺+xe^-═Li_xC₆，則放電時(shí)的負(fù)極反應(yīng)為Li_xC₆-xe^-═6C+xLi⁺，所以根據(jù)鋰離子電池的工作原理，放電時(shí)電池的正極發(fā)生還原反應(yīng)，即鋰離子得電子生成鋰，在原電池中，陽離子向正極運(yùn)動(dòng)，陰離子向負(fù)極運(yùn)動(dòng)，據(jù)此答題．

解答 解：含鈷礦石（主要成份為CoO，還有少量SiO₂、Fe₂O₃和CuO等）用稀硫酸酸浸，過濾后除去濾渣，將濾液進(jìn)行萃取，經(jīng)過分液操作后得到有機(jī)相和無機(jī)相，將無機(jī)相中加入氯氣和氫氧化鈉進(jìn)行氧化沉鈷，過濾后得含鈉的濾液和氧化鈷固體，將氧化鈷固體用一氧化碳還原得粗鈷，再用電解法可獲得精鈷，將有機(jī)相進(jìn)行蒸餾得到鐵鹽、銅鹽和脂肪酸，脂肪酸再用于前面的萃取，進(jìn)行循環(huán)利用，
（1）將礦石份碎，可以增大與酸的接觸面積，進(jìn)而可以加快反應(yīng)速率，所以粉粹的目的是加快酸浸速率，
故答案為：加快酸浸速率；
（2）根據(jù)上面的分析可知，操作a為過濾，操作b為分液，根據(jù)實(shí)驗(yàn)中所用玻璃儀器可知，都要用到燒杯，操作c為分離兩種互溶液的液體，可以用蒸餾，
故答案為：燒杯；蒸餾；
（3）根據(jù)流程圖中的信息可知，鐵、銅的硫酸鹽易溶于有機(jī)溶劑，而鈷的硫酸鹽難溶于有機(jī)溶劑，
故答案為：鐵、銅的硫酸鹽易溶于有機(jī)溶劑脂肪酸，而鈷的硫酸鹽難溶于有機(jī)溶劑脂肪酸；
（4）“氧化沉鈷”時(shí)，氯氣在堿性條件下將+2價(jià)鈷離子氧化成三氧化二鈷，反應(yīng)的離子方程式為2Co²⁺+Cl₂+4OH^-=Co₂O₃+2Cl^-+2H₂O，
故答案為：2Co²⁺+Cl₂+4OH^-=Co₂O₃+2Cl^-+2H₂O；
（5）用CO還原氧化鈷可得粗鈷，反應(yīng)的化學(xué)方程式為Co₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Co+3CO₂，根據(jù)電解精煉的原理可知，用電解法獲得精鈷，陽極材料是粗鈷，
故答案為：Co₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Co+3CO₂；粗鈷；
（6）充電時(shí)電池的陰極反應(yīng)為6C+xLi⁺+xe^-═Li_xC₆，則放電時(shí)的負(fù)極反應(yīng)為Li_xC₆-xe^-═6C+xLi⁺，所以根據(jù)鋰離子電池的工作原理，放電時(shí)電池的正極發(fā)生還原反應(yīng)，即CoO₂得電子，電極反應(yīng)式為CoO₂+e^-+Li⁺=LiCoO₂，在原電池中，陽離子向正極運(yùn)動(dòng)，陰離子向負(fù)極運(yùn)動(dòng)，
故答案為：CoO₂+e^-+Li⁺=LiCoO₂；正．

點(diǎn)評(píng) 本題為生產(chǎn)流程題，涉及金屬的回收、環(huán)境保護(hù)、氧化還原反應(yīng)、物質(zhì)的分離提純和除雜等問題，題目較為綜合，做題時(shí)注意仔細(xì)審題，從題目中獲取關(guān)鍵信息，難度中等，難點(diǎn)是電極反應(yīng)式的書寫．