Question

【化學(xué)——選修2：化學(xué)與技術(shù)】（15分）

某礦石中除含SiO2外，還有9.24% CoO、2.78% Fe2O3、0.96% MgO、0.084 % CaO，從該礦石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(shí)間、溫度的變化如右圖所示。考慮生產(chǎn)成本和效率，最佳的浸出時(shí)間為         小時(shí)，最佳的浸出溫度為          ℃。

（2）請(qǐng)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KSP(CaF2)=1.11×10-10、KSP(MgF2)=7.40×10-11，加入過(guò)量NaF溶液反應(yīng)完全后過(guò)濾，則濾液中的c(Ca2+)/c(Mg2+)=            。

（4）“沉淀”中含雜質(zhì)離子主要有                     ；“操作X”名稱為              。

（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(shí)，Li+還原為L(zhǎng)i，并以原子形式嵌入電池負(fù)極材料碳-6(C6)中，電池反應(yīng)為L(zhǎng)iCoO2 + C6       CoO2 + LiC6。LiC6中Li的化合價(jià)為      價(jià)。若放電時(shí)有1mole－轉(zhuǎn)移，正極質(zhì)量增加    g。

Answer 1

【知識(shí)點(diǎn)】難溶電解質(zhì)的溶解平衡 、物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用

【答案解析】（1）12     （2分）       90     （2分）

（2）3 ，6，6，1，5，6（2分）（3）1.50（2分）

（4）SO42-、NH4+、Na+（2分）洗滌、干燥（2分）      （5）0（1分）     7g（2分）

解析：(1) 根據(jù)圖知，時(shí)間越長(zhǎng)浸出率越高，溫度越高，浸出率越高，但浸出12小時(shí)后，90℃和120℃浸出率變化不大，且時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、溫度過(guò)高導(dǎo)致成本較大，所以最佳的浸出時(shí)間為12小時(shí)，最佳的浸出溫度為90°

反應(yīng)是非氧化還原反應(yīng)，只需根據(jù)原子守恒來(lái)配平即可：         

 3 Fe2(SO4)3+ 6 H2O+ 6 Na2CO3= 1 Na2Fe6(SO4)4(OH)12↓+ 5Na2SO4+ 6 CO2↑ 

(3)運(yùn)用沉淀溶解平衡原理計(jì)算。c(Ca2+)=KSP(CaF2)/c2(F-)  ，c(Mg2+)=KSP(MgF2)/c2(F-)，則：c(Ca2+)/c(Mg2+)=1.11×10-10/7.40×10-11=1.50

(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、硫酸根和鈉離子，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)；故“沉淀”中含雜質(zhì)離子主要有SO42-、NH4+、Na+，“操作X”是洗滌、干燥。

(5) 充電時(shí)，Li+還原為L(zhǎng)i，并以原子形式嵌入電池負(fù)極材料碳-6(C6)中，所以，LiC6中Li的化合價(jià)為0價(jià)；放電時(shí)，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，有1mole－轉(zhuǎn)移時(shí)，正極質(zhì)量增加的是1molLi的質(zhì)量，為7g。

【思路點(diǎn)撥】本題本題考查難溶電解質(zhì)的溶解平衡、電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)、物質(zhì)的分離和提純等知識(shí)點(diǎn)，難點(diǎn)是（3）題，明確溶度積常數(shù)的含義是解此題關(guān)鍵，同時(shí)，電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)也是學(xué)習(xí)難點(diǎn)，要結(jié)合電解質(zhì)溶液的酸堿性書(shū)寫(xiě)，難度中等。