Question

【題目】納米氧化鈷在半導(dǎo)體和微電子行業(yè)應(yīng)用廣泛，某些金屬?gòu)U料中含有Co元素，從廢料(含Co3O4、Al2O3、Li2O、Fe2O3等物質(zhì)) 中制備高純度的納米級(jí)鈷的氧化物，流程如下

已知:

①LiF 難溶于水，Li2CO3微溶于水；

②鈷元素常見(jiàn)的化合價(jià)為+2 和+3；

③部分金屬離子形成氫氧化物沉淀的pH見(jiàn)下表。

	Fe3+	Co2+	Co3+	Al3+
pH（開(kāi)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）步驟Ⅰ中發(fā)生的離子反應(yīng)方程式_______________；

（2）步驟II加濃鹽酸的作用是_______________；

（3）步驟III中Na2CO3溶液的作用是調(diào)節(jié)溶液的pH,應(yīng)使溶液的pH的取值范圍為_______________； 濾渣 B 的主要成分為_________________；

（4）簡(jiǎn)述如何檢驗(yàn)濾液B中是否還有殘留的Fe3+:_______________；

（5） 經(jīng)過(guò)反復(fù)洗滌、干燥后稱(chēng)重，將質(zhì)量為3.66gCoC2O4·2H2O進(jìn)行灼燒，殘留固體質(zhì)量如圖所示。

210℃~290℃時(shí)若生成兩種氣體，則發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_______________，400℃~500℃所得固體的化學(xué)式為_______________；

Answer 1

【答案】 Al2O3+ 2OH-= 2AlO2-+ H2O 溶解Li2O、Fe2O3、并將Co3O4轉(zhuǎn)化為Co2+，防止在后續(xù)除雜中將Co3+沉淀而造成損失 3.2≤pH＜7.15 LiF、Fe(OH)3 取少量濾液B于試管中，向其中滴加KSCN溶液，觀察溶液是否變紅，若變紅，則有Fe3+，反之則無(wú)Fe3+ CoC2O4CoO+CO↑+CO2↑ Co3O4

【解析】試題分析：本題以含Co3O4、Al2O3、Li2O、Fe2O3等物質(zhì)的廢料制備高純度的納米級(jí)鈷的氧化物的流程為載體，考查流程的分析，方程式的書(shū)寫(xiě)，條件的控制，Fe3+的檢驗(yàn)，熱重圖像的計(jì)算。步驟I向廢料中加入NaOH溶液，廢料中的Al2O3溶解得到濾液A，鈷渣中主要成分為Co3O4、Li2O、Fe2O3等；由濾渣C逆推出濾液B中含Co2+，結(jié)合表中金屬離子形成沉淀的pH，步驟II向鈷渣中加入濃鹽酸，Co3O4轉(zhuǎn)化成CoCl2，Li2O轉(zhuǎn)化成LiCl，Fe2O3轉(zhuǎn)化成FeCl3；根據(jù)圖示和已知①、③，步驟III中加入20%Na2CO3溶液的作用是除去Fe3+，加入NaF溶液的作用是除去Li+。

（1）步驟I中加入NaOH溶液，Al2O3與NaOH反應(yīng)生成NaAlO2和H2O，反應(yīng)的離子方程式為：Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O。

（2）步驟II中加入濃鹽酸發(fā)生反應(yīng)：Co3O4+8HCl（濃）=3CoCl2+Cl2↑+4H2O、Li2O+2HCl=2LiCl+H2O、Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O，加入濃鹽酸的作用是：溶解Li2O、Fe2O3、并將Co3O4轉(zhuǎn)化為Co2+，防止在后續(xù)除雜中將Co3+沉淀而造成損失。

（3）步驟III中加入20%Na2CO3溶液的作用是除去Fe3+，根據(jù)金屬離子形成氫氧化物沉淀的pH，pH的取值范圍為3.2pH7.15（使Fe3+完全沉淀，Co2+不形成沉淀）。加入NaF使浸出液中的Li+轉(zhuǎn)化為LiF沉淀，濾渣B的主要成分為LiF、Fe（OH）3。

（4）檢驗(yàn)Fe3+用KSCN溶液，檢驗(yàn)濾液B中是否還有殘留的Fe3+的方法：取少量濾液B于試管中，向其中滴加KSCN溶液，觀察溶液是否變紅，若變紅，則有Fe3+，反之則無(wú)Fe3+。

（5）n（CoC2O4·2H2O）=3.66g183g/mol=0.02mol，其中n（CoC2O4）=0.02mol，m（Co2C2O4）=0.02mol147g/mol=2.94g。150℃~210℃固體質(zhì)量為2.94g，此時(shí)固體為CoC2O4；290℃~320℃時(shí)固體質(zhì)量為1.50g，根據(jù)Co守恒，其中n（Co）=0.02mol，n（O）=（1.50g-0.02mol59g/mol）16g/mol=0.02mol，n（Co）：n（O）=0.02mol：0.02mol =1:1，290℃~320℃時(shí)固體為CoO，210℃~290℃時(shí)反應(yīng)生成兩種氣體，則反應(yīng)的方程式為CoC2O4CoO+CO↑+CO2↑。400℃~500℃時(shí)固體中n（Co）=0.02mol，固體中n（O）=（1.607g-0.02mol59g/mol）16g/mol=0.0267mol，n（Co）：n（O）=0.02mol：0.0267mol=3:4，400℃~500℃所得固體的化學(xué)式為Co3O4。