Question

1．CoO是電子陶瓷所需的重要原料，工業(yè)上可用含有Co₂O₃、Fe₂O₃、Li和Al等物質(zhì)的廢料制備CoO．生產(chǎn)流程如圖：

已知：①Li₂CO₃微溶于水；
②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）為提高堿溶速率，除適當(dāng)增大NaOH溶液濃度、提高反應(yīng)溫度外，還可采取的措施有將廢料研磨成更小顆粒．
（2）步驟Ⅱ中酸溶時(shí)發(fā)生了反應(yīng)：Co₂O₃+6H⁺+2Cl^-=2Co²⁺+Cl₂↑+3H₂O，此反應(yīng)的目的是溶解Co₂O₃，將三價(jià)鈷轉(zhuǎn)化為Co²⁺，便于沉淀除去Fe³⁺．
（3）步驟Ⅲ中加入Na₂CO₃溶液的作用是調(diào)節(jié)溶液的pH，物質(zhì)X的化學(xué)式為Fe（OH）₃．
（4）步驟Ⅲ中加入NaF對(duì)步驟Ⅳ所起的作用是降低溶液中Li⁺濃度，避免步驟Ⅵ中產(chǎn)生Li₂CO₃沉淀．
（5）操作A的步驟為過濾、洗滌、干燥，將所得的草酸鈷晶體高溫灼燒，其熱重分析圖如圖：寫出B點(diǎn)物質(zhì)的化學(xué)式：CoO，CD段發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：6CoO+O₂=2Co₃O₄．

Answer 1

分析 含鈷廢料中含有Co₂O₃、Fe₂O₃和少量Li、Al，向廢料中加入NaOH溶液，只有Al和NaOH反應(yīng)生成可溶性的NaAlO₂，Li和水反應(yīng)生成微溶的LiOH，然后過濾得到濾渣Co₂O₃、Fe₂O₃ 和少量LiOH，濾液中含有NaOH和NaAlO₂，向?yàn)V渣中加入濃鹽酸，發(fā)生反應(yīng)Co₂O₃+6HCl=2CoCl₂+Cl₂↑+2H₂O、Fe₂O₃+8HCl=2FeCl₃+FeCl₂+4H₂O、LiOH+HCl=LioCl+H₂O，得到含有Co的溶液，向溶液中加入碳酸鈉溶液和NaF溶液，得到可溶性的CoCO₃和Fe（OH）₃和LiF沉淀，過濾得到濾渣Fe（OH）₃和LiF，濾液中含有CoCO₃，向?yàn)V液中再加入碳酸鈉溶液，得到CoCO₃固體，將CoCO₃溶液于鹽酸和草酸銨的混合溶液，經(jīng)過濾、洗滌、干燥得到草酸鈷晶體，煅燒草酸鈷晶體得到CoO，結(jié)合題目分析解答；
（1）固體溶液時(shí)為增加溶解速率，可通過將固體粉碎、玻璃棒攪拌、加熱等措施來實(shí)現(xiàn)；
（2）步驟Ⅱ中酸溶時(shí)發(fā)生了反應(yīng)Co₂O₃+6HCl=2CoCl₂+Cl₂↑+3H₂O，可將此反應(yīng)改寫為離子反應(yīng)方程式；利用此反應(yīng)可將Co₂O₃轉(zhuǎn)化為可溶性鈷鹽溶液，同時(shí)有利于沉淀除去Fe³⁺；
（3）根據(jù)Fe³⁺、Co²⁺完全沉淀時(shí)溶液的pH，可利用來調(diào)節(jié)溶液pH，除去溶液里的Fe³⁺，得到Fe（OH）₃；
（4）根據(jù)LiF難溶于水，添加NaF溶液可除去溶液里的Li⁺，防止步驟Ⅵ中產(chǎn)生Li₂CO₃沉淀；
（5）欲得到生成的草酸鈷晶體，可通過過濾、洗滌及干燥來達(dá)到目的；A為CoC₂O₄，n（CoC₂O₄）═0.1mol，m（Co）=0.1mol×59g/mol=5.9g，則B點(diǎn)時(shí)，固體中氧元素的物質(zhì)的量為n（o）═0.1mol，可結(jié)合鈷和氧原子的物質(zhì)的量之比確定B點(diǎn)固體物質(zhì)的化學(xué)式，另外C點(diǎn)氧化物的質(zhì)量為8.03g，則n（O）═1.33mol，以此計(jì)算C點(diǎn)固體的化學(xué)式，推導(dǎo)出發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式．

解答 解：含鈷廢料中含有Co₂O₃、Fe₂O₃和少量Li、Al，向廢料中加入NaOH溶液，只有Al和NaOH反應(yīng)生成可溶性的NaAlO₂，Li和水反應(yīng)生成微溶的LiOH，然后過濾得到濾渣Co₂O₃、Fe₂O₃ 和少量LiOH，濾液中含有NaOH和NaAlO₂，向?yàn)V渣中加入濃鹽酸，發(fā)生反應(yīng)Co₂O₃+6HCl=2CoCl₂+Cl₂↑+2H₂O、Fe₂O₃+8HCl=2FeCl₃+FeCl₂+4H₂O、LiOH+HCl=LioCl+H₂O，得到含有Co的溶液，向溶液中加入碳酸鈉溶液和NaF溶液，得到可溶性的CoCO₃和Fe（OH）₃和LiF沉淀，過濾得到濾渣Fe（OH）₃和LiF，濾液中含有CoCO₃，向?yàn)V液中再加入碳酸鈉溶液，得到CoCO₃固體，將CoCO₃溶液于鹽酸和草酸銨的混合溶液，經(jīng)過濾、洗滌、干燥得到草酸鈷晶體，煅燒草酸鈷晶體得到CoO．（1）為提高堿溶速率，除適當(dāng)增大NaOH溶液濃度、提高反應(yīng)溫度外，還可采取的措施有將廢料研磨成更小顆粒，故答案為：將廢料研磨成更小顆粒；
（2）步驟Ⅱ中酸溶時(shí)發(fā)生的離子反應(yīng)為Co₂O₃+6H⁺+2Cl^-=2Co²⁺+Cl₂↑+3H₂O；發(fā)生此反應(yīng)的目的是溶解Co₂O₃，將三價(jià)鈷轉(zhuǎn)化為Co²⁺，便于沉淀除去Fe³⁺，故答案為：Co²⁺、Cl₂；溶解Co₂O₃，將三價(jià)鈷轉(zhuǎn)化為Co²⁺，便于沉淀除去Fe³⁺；
（3）步驟Ⅲ中加入Na₂CO₃溶液的作用是調(diào)節(jié)溶液的pH，使溶液里的Fe³⁺完全轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃，故答案為：調(diào)節(jié)溶液的pH；Fe（OH）₃；
（4）步驟Ⅲ中加入NaF對(duì)步驟Ⅳ所起的作用是降低溶液中Li⁺濃度，避免步驟Ⅵ中產(chǎn)生Li₂CO₃沉淀，故答案為：降低溶液中Li⁺濃度，避免步驟Ⅵ中產(chǎn)生Li₂CO₃沉淀；
（5）可通過過濾、洗滌及干燥草酸鈷晶體；A為CoC₂O₄，n（CoC₂O₄）=$\frac{14.7g}{147g/mol}$=0.1mol，m（Co）=0.1mol×59g/mol=5.9g，則B點(diǎn)時(shí)，固體中氧元素的物質(zhì)的量為n（o）=$\frac{7.5g-5.9g}{16g/mol}$=0.1mol，則鈷與氧原子的物質(zhì)的量之比為0.1mol：0.1mol=1：1，即B點(diǎn)固體物質(zhì)的化學(xué)式為CoO，另外C點(diǎn)氧化物的質(zhì)量為8.03g，則n（O）=$\frac{14.7g-8.03g}{16g/mol}$=0.133mol，鈷與氧原子的物質(zhì)的量之比為0.1mol：0.133mol=3：4，可知C點(diǎn)固體的化學(xué)式為Co₃O₄，推導(dǎo)出發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為6CoO+O₂=2Co₃O₄；故答案為：過濾、洗滌、干燥；CoO；6CoO+O₂=2Co₃O₄．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)提純和分離的工業(yè)制備流程分析判斷及運(yùn)用守恒法的基本計(jì)算，為高考常見題型，側(cè)重于學(xué)生的分析能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰�和�?jì)算能力的考查，把握實(shí)驗(yàn)過程的分析應(yīng)用，主要是物質(zhì)性質(zhì)的理解應(yīng)用，題目難度較大．