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)流程如圖(廢料中含有Al、Li、Co2O3和Fe2O3等物質(zhì))。

已知：物質(zhì)溶解性：LiF難溶于水，Li2CO3微溶于水

請(qǐng)回答：

(1)Ⅰ中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為______________________。如是氧化還原反應(yīng)，在方程式中用單線橋標(biāo)記電子轉(zhuǎn)移：_________________________。如不是此步略。

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

(3)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10.98g草酸鈷晶體(CoC2O4·2H2O)樣品，受熱過程中不同溫度范圍內(nèi)分別得到一種固體物質(zhì)，其質(zhì)量如下表。已知：M(CoC2O4·2H2O)=183g/mol。

溫度范圍/℃	固體質(zhì)量/g
150～210	8.82
290～320	4. 82
890～920	4.5

經(jīng)測(cè)定，加熱到210℃時(shí)，固體物質(zhì)的化學(xué)式為__________________。加熱到210～290℃過程中產(chǎn)生的氣體只有CO2，此過程發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是_________________________。溫度高于890℃時(shí)，固體產(chǎn)物發(fā)生分解反應(yīng)，固體產(chǎn)物為________________。

Answer 1

【答案】 2Al+2NaOH+2H2O= 2NaAlO2+3H2 ↑ Co2O3+6H++2Cl=2Co2++Cl2↑+3H2O Fe(OH)3 防止鋰離子結(jié)合碳酸根離子形成碳酸鋰沉淀 CoC2O4 3CoC2O4 +2O2 =Co3O4+6CO2 CoO

【解析】（1）Al在堿性條件下與氫氧化鈉反應(yīng)生成氫氣還有偏鋁酸鈉，反應(yīng)為：2Al+2NaOH+2H2O= 2NaAlO2+3H2 ↑，進(jìn)行單線橋表示時(shí)，要改成6mol水，反應(yīng)中的氧化劑是水，。

（2）氧化鈷氧化鹽酸溶液中氯化氫為氯氣，結(jié)合原子守恒和電子守恒分析配平書寫離子方程式，鈷元素化合價(jià)降低為+2價(jià)，氯元素化合價(jià)﹣1價(jià)變化為0價(jià)，反應(yīng)為：Co2O3+ 6H++2Cl =2Co2++Cl2↑+3H2O。

（3）調(diào)節(jié)pH的目的是為了使鐵離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀，從而除去鐵元素雜質(zhì)。

（4）在步驟Ⅲ中形成LiF沉淀，可以除去大量的鋰離子，避免在步驟Ⅳ中形成碳酸鋰沉淀，以保證得到的碳酸鈷的純度。

（5）計(jì)算晶體物質(zhì)的量n=10.98÷183=0.06mol，失去結(jié)晶水應(yīng)為0.12mol，固體質(zhì)量變化=0.12×18=2.16g，圖表數(shù)據(jù)可知，150℃～210℃固體質(zhì)量變化為10.98-8.82=2.16g，說明210℃失去結(jié)晶水得到CoC2O4。210℃～290℃過程中是CoC2O4發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生的氣體只有CO2 ，依據(jù)元素守恒得到生成CO2物質(zhì)的量為0.12mol，質(zhì)量為0.12×44=5.28g，但是固體質(zhì)量共計(jì)減小為8.82g-4.82g=4g，說明有氣體參加反應(yīng)，這個(gè)氣體只能為氧氣，則反應(yīng)的氧氣質(zhì)量為5.28-4=1.28g，O2物質(zhì)的量為1.28÷32=0.04mol。所以n（CoC2O4）：n（O2）：n（CO2）= 3：2：6，所以方程式為：3CoC2O4 + 2O2 =Co3O4+6CO2。溫度高于890℃時(shí)，固體產(chǎn)物發(fā)生分解反應(yīng)，得到固體的質(zhì)量為4.5g，其中含有鈷元素的質(zhì)量為0.06×59=3.54g，所以固體中含有氧元素的質(zhì)量為0.96g，其物質(zhì)的量為0.06mol，所以化學(xué)式為CoO。