Question

3．Co_xFe_3-xO₄磁粉是一種比較好的高矯頑力磁粉．工業(yè)上以FeSO₄為原料制備Co_xFe_3-xO₄的主要步驟如下：
FeSO₄$\stackrel{①}{→}$FeOOH晶種$\stackrel{②}{→}$FeOOH$\stackrel{③}{→}$Fe₂O₃$\stackrel{④}{→}$Fe₃O₄$→_{⑤}^{CoSO_{4}溶液}$
（1）步驟①是在FeSO₄溶液中加入NaOH溶液，在40℃下攪拌生成FeOOH晶種．生成晶種的化學(xué)方程式為4FeSO₄+8NaOH+O₂$\frac{\underline{\;40℃\;}}{\;}$4FeOOH+4Na₂SO₄+2H₂O；
（2）步驟③將FeOOH固體在200～300℃下加熱脫水，生成紅色Fe₂O₃．實(shí)驗(yàn)室完成該操作需要下列儀器中的cde（填字母）．
a．蒸發(fā)皿　　b．燒杯　　c．坩堝　　d．泥三角　　e．酒精燈
（3）步驟④通入H₂，加熱至300～400℃，生成Fe₃O₄．通入H₂前要向加熱爐中通入N₂，其作用為排盡裝置中的空氣，防止氫氣與氧氣混合反應(yīng)爆炸．
（4）步驟⑤加入CoSO₄溶液，所得粗產(chǎn)品經(jīng)過(guò)濾、洗滌、干燥即得成品．檢驗(yàn)粗產(chǎn)品洗滌干凈的實(shí)驗(yàn)操作和現(xiàn)象是取最后一次洗滌濾出液少許于試管中，滴加氯化鋇溶液，如果不產(chǎn)生白色沉淀，則表明洗滌干凈．
（5）某研究小組欲用鋰離子電池正極廢料（含LiCoO₂、鋁箔、鐵的氧化物）制備CoSO₄•7H₂O晶體．下表列出了相關(guān)金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH（開始沉淀的pH按金屬離子濃度為1.0mol•L^-1計(jì)算）．

金屬離子	開始沉淀的pH	沉淀完全的pH
Fe3+	1.1	3.2
Fe2+	5.8	8.8
Co2+	6.9	9.4

請(qǐng)完成下列實(shí)驗(yàn)步驟（可選用的試劑：H₂O₂、稀硝酸、稀硫酸、NaOH溶液）．
①用N-甲基吡咯烷酮在120℃下浸洗正極廢料，使LiCoO₂與鋁箔分離，得到LiCoO₂粗品并回收鋁．
②用稀硫酸溶解LiCoO₂，并加入過(guò)量H₂O₂．
③向所得粗品CoSO₄溶液中加入NaOH溶液，調(diào)節(jié)pH約為5，過(guò)濾．
④向③所得濾液中加入NaOH溶液，調(diào)節(jié)pH至9.4，過(guò)濾，洗滌得到Co（OH）₂沉淀．
⑤將Co（OH）₂沉淀溶于稀硫酸中，蒸發(fā)濃縮、降溫結(jié)晶，得到CoSO₄•7H₂O晶體．

Answer 1

分析 （1）由題目信息，二價(jià)Fe被氧化為三價(jià)Fe，可知該反應(yīng)的反應(yīng)物為FeSO₄、NaOH和O₂，產(chǎn)物為FeOOH，同時(shí)生成Na₂SO₄，書寫配平方程式；
（2）加熱固體用坩堝，與其配套的有泥三角、三腳架、坩堝鉗、酒精燈等；
（3）氫氣易燃，在有氧氣存在下加熱會(huì)發(fā)生爆炸，故先用氮?dú)馀疟M空氣；
（4）取最后一次洗滌濾出液少許于試管中，滴加氯化鋇溶液，檢驗(yàn)是否含有硫酸根離子；
（5）第①分離出LiCoO₂粗品，第②應(yīng)用硫酸溶解粗品，用雙氧化水把生成的雜質(zhì)亞鐵離子氧化為鐵離子，可以用雙氧化水；第③沉淀除去鐵離子，得到純凈的溶液，第④應(yīng)得到Co（OH）₂沉淀，應(yīng)加入氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH≥9.4，使鈷沉淀完全，并洗滌、干燥得到純凈物．

解答 解：（1）由題目信息，二價(jià)Fe被氧化為三價(jià)Fe，可知該反應(yīng)的反應(yīng)物為FeSO₄、NaOH和O₂，產(chǎn)物為FeOOH，同時(shí)生成Na₂SO₄，配平書寫方程式為：4FeSO₄+8NaOH+O₂$\frac{\underline{\;40℃\;}}{\;}$4FeOOH+4Na₂SO₄+2H₂O，
故答案為：4FeSO₄+8NaOH+O₂$\frac{\underline{\;40℃\;}}{\;}$4FeOOH+4Na₂SO₄+2H₂O；
（2）加熱固體用坩堝，與其配套的有泥三角、三腳架、坩堝鉗、酒精燈等，故選：cde；
（3）氫氣易燃，在有氧氣存在下加熱會(huì)發(fā)生爆炸，故先用氮?dú)馀疟M空氣，防止氫氣與氧氣混合反應(yīng)爆炸，
故答案為：排盡裝置中的空氣，防止氫氣與氧氣混合反應(yīng)爆炸；
（4）產(chǎn)品洗滌不干凈，會(huì)附著硫酸鹽，檢驗(yàn)洗滌濾出液中是否含有硫酸根離子判斷是否洗滌干凈，檢驗(yàn)粗產(chǎn)品洗滌干凈的實(shí)驗(yàn)操作和現(xiàn)象是：取最后一次洗滌濾出液少許于試管中，滴加氯化鋇溶液，如果不產(chǎn)生白色沉淀，則表明洗滌干凈，
故答案為：取最后一次洗滌濾出液少許于試管中，滴加氯化鋇溶液，如果不產(chǎn)生白色沉淀，則表明洗滌干凈；
（5）第①分離出LiCoO₂粗品，第②應(yīng)用硫酸溶解粗品，用雙氧化水把生成的雜質(zhì)亞鐵離子氧化為鐵離子，可以用雙氧化水；第③沉淀除去鐵離子，得到純凈的溶液，第④應(yīng)得到Co（OH）₂沉淀，應(yīng)加入氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH≥9.4，使鈷沉淀完全，并洗滌、干燥得到純凈物，
故答案為：9.4；洗滌得到Co（OH）₂沉淀．

點(diǎn)評(píng) 本題考查實(shí)驗(yàn)制備方案，涉及基本操作、對(duì)實(shí)驗(yàn)方案的分析評(píng)價(jià)、離子檢驗(yàn)等，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)與運(yùn)用知識(shí)分析解決問(wèn)題的能力，難度中等．