15.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)流程如下(廢料中含有Al、Li、Co2O3和Fe2O3等物質(zhì)).

已知:①物質(zhì)溶解性:LiF難溶于水,Li2CO3微溶于水;
②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)1.97.15-0.233.4
pH(完全沉淀)3.29.151.094.7
請(qǐng)回答:
(1)步驟Ⅰ中得到含鋁溶液的反應(yīng)的離子方程式是2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑.
(2)寫(xiě)出步驟Ⅱ中Co2O3與鹽酸反應(yīng)的離子方程式Co2O3+6H++2Cl-=2Co2++Cl2↑+3H2O
(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不超過(guò)7.15.廢渣中的成分有LiF,F(xiàn)e(OH)3
(4)NaF與溶液中的Li+形成LiF沉淀,此反應(yīng)對(duì)步驟Ⅳ所起的作用是降低溶液中Li+濃度,避免步驟Ⅳ中產(chǎn)生Li2CO3沉淀.
(5)在空氣中加熱CoC2O4固體,經(jīng)測(cè)定,210~290℃的過(guò)程中只產(chǎn)生CO2和一種二化合物,該化合物中鈷元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為73.44%.此過(guò)程發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是3CoC2O4+2O2$\frac{\underline{\;210-290℃\;}}{\;}$Co3O4+6CO2
(6)某鋰離子電池的總反應(yīng)為C+LiCoO2$?_{放電}^{充電}$ LixC+Li1-xCoO2,LixC中Li的化合價(jià)為0價(jià),該鋰離子電池充電時(shí)陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為L(zhǎng)iCoO2-xe-=Li1-xCoO2+xLi+

分析 該工藝流程為:廢料加入氫氧化鈉溶液堿浸,得到鈷渣,加入鹽酸溶解后發(fā)生氧化還原反應(yīng),氧化鈷氧化氯離子為氯氣,過(guò)濾得到酸溶的溶液加入碳酸鈉溶液和NaF溶液凈化,除去鋰離子和鐵離子,在濾液中加入碳酸鈉溶液沉淀鈷離子為碳酸鈷沉淀,加入鹽酸和草酸銨溶液得到草酸鈷晶體,高溫分解得到氧化鈷;
(1)步驟Ⅰ中鋁與氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和氫氣;
(2)Co2O3與鹽酸反應(yīng)生成Cl2,依據(jù)得失電子守恒結(jié)合原子個(gè)數(shù)守恒寫(xiě)成反應(yīng)的離子方程式;
(3)依據(jù)表中數(shù)據(jù)分析判斷加入碳酸鈉調(diào)節(jié)溶液PH,沉淀鐵離子和鋰離子,但不能沉淀鈷離子;
(4)NaF與溶液中的Li+形成LiF沉淀,防止鋰離子結(jié)合碳酸根離子形成碳酸鋰沉淀;
(5)210℃~290℃過(guò)程中是CoC2O4發(fā)生的反應(yīng),210℃~290℃過(guò)程中產(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0.06mol,質(zhì)量=0.06mol×44g/mol=2.64g,氣體質(zhì)量共計(jì)減小=4.41g-2.41g=2g,說(shuō)明不是分解反應(yīng),參加反應(yīng)的還有氧氣,則反應(yīng)的氧氣質(zhì)量=2.64g-2g=0.64g,O2物質(zhì)的量=$\frac{0.064g}{32g/mol}$=0.02mol,依據(jù)原子守恒配平書(shū)寫(xiě)反應(yīng)的化學(xué)方程式;
(6)LiCoO2中鋰元素化合價(jià)為+1價(jià),則依據(jù)放電反應(yīng)分析判斷,LixC中鋰元素化合價(jià)為0價(jià),由鋰離子電池的總反方程式可知C+LiCoO2→LixC+Li1-xCoO2為充電過(guò)程即為電解池,則鋰硫電池給鋰離子電池充電,LiCoO2為陽(yáng)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng).

解答 解:(1)步驟Ⅰ中鋁與氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和氫氣,反應(yīng)的離子方程式:2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑;
故答案為:2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑;
(2)Co2O3與鹽酸反應(yīng)生成Cl2,反應(yīng)中鈷元素化合價(jià)降低為+2價(jià).氯元素化合價(jià)-1價(jià)變化為0價(jià),依據(jù)得失電子守恒可知Co2O3的系數(shù)為1,Cl-的系數(shù)為2,結(jié)合原子個(gè)數(shù)守恒,反應(yīng)的離子方程式:Co2O3+6H++2Cl-=2Co2++Cl2↑+3H2O;
故答案為:Co2O3+6H++2Cl-=2Co2++Cl2↑+3H2O;
(3)依據(jù)表中數(shù)據(jù)分析判斷加入碳酸鈉調(diào)節(jié)溶液PH,沉淀鐵離子和鋰離子,但不能沉淀鈷離子,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不超過(guò)7.15,廢渣中的主要成分為L(zhǎng)iF和Fe(OH)3;
故答案為:7.15; LiF,F(xiàn)e(OH)3
(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,降低溶液中Li+濃度,避免步驟Ⅳ中產(chǎn)生Li2CO3沉淀;
故答案為:降低溶液中Li+濃度,避免步驟Ⅳ中產(chǎn)生Li2CO3沉淀;
(5)210℃~290℃過(guò)程中是CoC2O4發(fā)生的反應(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0.06mol,質(zhì)量=0.06mol×44g/mol=2.64g,氣體質(zhì)量共計(jì)減小=4.41g-2.41g=2g,說(shuō)明說(shuō)明有氣體參加反應(yīng)應(yīng)為氧氣,則反應(yīng)的氧氣質(zhì)量=2.64g-2g=0.64g,O2物質(zhì)的量=$\frac{0.064g}{32g/mol}$=0.02mol,則:
n(CoC2O4):n(O2):n(CO2)=0.03:0.02:0.06=3:2:6,
方程式計(jì)量系數(shù)之比等于轉(zhuǎn)化量之比,所以該反應(yīng)的方程式為:3CoC2O4+2O2$\frac{\underline{\;210-290℃\;}}{\;}$Co3O4+6CO2
故答案為:3CoC2O4+2O2$\frac{\underline{\;210-290℃\;}}{\;}$Co3O4+6CO2;
(6)LiCoO2中鋰元素化合價(jià)為+1價(jià),則依據(jù)放電為原電池反應(yīng),鋰元素化合價(jià)升高發(fā)生氧化反應(yīng)分析判斷,LixC中鋰元素化合價(jià)為0價(jià),是鋰單質(zhì)鑲嵌在碳中做原電池負(fù)極,由鋰離子電池的總反方程式可知C+LiCoO2→LixC+Li1-xCoO2為充電過(guò)程即為電解池,則鋰硫電池給鋰離子電池充電,LiCoO2為陽(yáng)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng):LiCoO2-xe-=Li1-xCoO2 +xLi+,C為陰極得電子發(fā)生還原反應(yīng):C+xe-+xLi+=LixC,
故答案為:0;LiCoO2-xe-=Li1-xCoO2+xLi+

點(diǎn)評(píng) 本題通過(guò)從某工業(yè)廢料中回收鈷的工藝流程考查了化學(xué)方程式、離子方程式書(shū)寫(xiě),確各個(gè)階段固體成分及先后分解生成物成分是解本題關(guān)鍵,題目難度中等.

練習(xí)冊(cè)系列答案
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(3)向?yàn)V液2中繼續(xù)加入醋酸調(diào)pH<5,其目的是使CrO42-轉(zhuǎn)化為Cr2O72-
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20.某種苯的同系物0.1mol在足量的氧氣中完全燃燒,將產(chǎn)生的高溫氣體依次通過(guò)濃硫酸和氫氧化鈉溶液,使?jié)饬蛩嵩鲋?.2g,氫氧化鈉溶液增重30.8g.推測(cè)它的分子式和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式.

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4.對(duì)于放熱反應(yīng)H2+Cl2$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$2HCl,下列說(shuō)法中,正確的是(  )
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D.該反應(yīng)中,化學(xué)能只轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?/td>

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5.通常用來(lái)衡量一個(gè)國(guó)家的石油化學(xué)工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志是(  )
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