12.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Al、Li、Co2O3和Fe2O3等物質(zhì))

已知:①物質(zhì)溶解性:LiF難溶于水;LiCO3微溶于水;CoCO3難溶于水
②部分金屬離子形成氫氧化物沉淀的pH見(jiàn)表一.
表一:
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)I中得到含鋁溶液的反應(yīng)離子方程式是2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑.
(2)I中得到鈷渣的實(shí)驗(yàn)操作是過(guò)濾(填操作名稱).
(3)寫(xiě)出步驟Ⅱ中Co2O3與鹽酸反應(yīng)生成Cl2的離子方程式:Co2O3+6H++2Cl-=2Co2++Cl2↑+3H2O.
(4)步驟Ⅲ中調(diào)節(jié)溶液的pH時(shí),pH的范圍是3.2≤PH<7.15
(5)廢渣中的主要成分有Fe(OH)3,LiF.步驟Ⅲ中加入NaF溶液,對(duì)步驟Ⅳ所起的作用是降低溶液中Li+的濃度,避免步驟Ⅳ形成Li2CO3的沉淀.
(6)在空氣中加熱5.49g草酸鈷晶體(CoC2O4•2H2O)樣品,受熱過(guò)程中不同溫度范圍內(nèi)分別得到一種固體物質(zhì),其質(zhì)量如表二.已知[M(CoC2O4•2H2O)]=183g/mol
表二:
溫度范圍/℃固體質(zhì)量/g
150~2104.41
290~3202.41
890~9202.25
①加熱到210℃時(shí),固體物質(zhì)的化學(xué)式為:CoC2O4
②經(jīng)測(cè)定,加熱到210~310℃過(guò)程中生成物只有CO2和鈷的氧化物,此過(guò)程發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為:3CoC2O4+2O2$\frac{\underline{\;210~310℃\;}}{\;}$Co3O4+6CO2

分析 廢料(含Al、Li、Co2O3和Fe2O3等物質(zhì))加入氫氧化鈉溶液堿浸,Al溶解:2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑,得到鈷渣(Li、Co2O3和Fe2O3),加入鹽酸溶解后,Li、Fe2O3溶解生成鋰離子、鐵離子,Co2O3發(fā)生氧化還原反應(yīng),氧化鈷氧化氯離子為氯氣:2O3+6H++2Cl-=2Co2++Cl2↑+3H2O,過(guò)濾得到酸溶的溶液調(diào)節(jié)pH,加入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,據(jù)此分析作答.

解答 解:(1)步驟Ⅰ中得到含鋁溶液是鋁和氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和氫氣,反應(yīng)的化學(xué)方程式為:2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑;
故答案為:2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑;
(2)I中通過(guò)過(guò)濾得到鈷渣和含鋁濾液,故答案為:過(guò)濾;
(3)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(shū)寫(xiě)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)的離子方程式:Co2O3+6H++2Cl-=2Co2++Cl2↑+3H2O,
故答案為:Co2O3+6H++2Cl-=2Co2++Cl2↑+3H2O;
(4)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范圍為3.2≤PH<7.15,
故答案為:3.2≤PH<7.15;
(5)III中調(diào)節(jié)pH,加入NaF溶液凈化,除去鋰離子和鐵離子,廢渣中的主要成分為L(zhǎng)iF和Fe(OH)3;其中NaF溶液,降低溶液中Li+的濃度,避免步驟Ⅳ形成Li2CO3的沉淀;
故答案為:Fe(OH)3;LiF;降低溶液中Li+的濃度,避免步驟Ⅳ形成Li2CO3的沉淀;
(6)①(5))①計(jì)算晶體物質(zhì)的量n=$\frac{5.49g}{183g/mol}$=0.03mol,失去結(jié)晶水應(yīng)為0.06mol,固體質(zhì)量變化=0.06mol×18g/mol=1.08g,圖表數(shù)據(jù)可知,150℃~210℃固體質(zhì)量變化5.49g-4.41g=1.08g,說(shuō)明210℃失去結(jié)晶水得到CoC2O4;
故答案為:CoC2O4
②210~310℃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$\frac{\underline{\;210~310℃\;}}{\;}$Co3O4+6CO2;
故答案為:3CoC2O4+2O2$\frac{\underline{\;210~310℃\;}}{\;}$Co3O4+6CO2

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),確定各個(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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①綠礬化學(xué)式為FeSO4•7H2O,反應(yīng)(I)的離子方程式為Cr2O72-+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O.
②若處理后的廢水中c(Cr3+)=3.0×10-6 mol•L-1,則廢水中c(Fe3+)=2.0×10-13mol•L-1.(Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38,Ksp[Cr(OH)3]=6.0×10-31

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3.下列關(guān)于離子共存或離子反應(yīng)的說(shuō)法正確的是( 。
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20.有一種鋰電池,用金屬鋰和石墨作電極材料,電解質(zhì)溶液是由四氯鋁鋰(LiAlCl4)溶解在亞硫酰氯(SOCl2)中形成的,電池總反應(yīng)方程式為:8Li+3SOCl2═6LiCl+Li2SO3+2S.已知亞硫酰氯和AlCl3•6H2O混合共熱蒸干,可制得無(wú)水AlCl3.則下列敘述中正確的是( 。
A.制備無(wú)水AlCl3時(shí),加入的SOCl2只起脫水劑作用
B.電池工作過(guò)程中,SOCl2被還原為L(zhǎng)i2SO3和S單質(zhì)
C.電池工作過(guò)程中,電子經(jīng)電解質(zhì)溶液流向鋰電極
D.用該電池電解水,生成2mol H2,消耗1.5molSOCl2

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7.現(xiàn)將6.96g 的MnO2與100g 35.6%的鹽酸(鹽酸足量)共熱,向反應(yīng)后的溶液中加水稀釋到250mL,取25mL跟足量的AgNO3溶液反應(yīng).若不考慮HCl的揮發(fā),下列說(shuō)法正確的是( 。
A.產(chǎn)生氯氣1.792LB.生成AgCl沉淀11.7g
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17.25℃時(shí),四種均為0.1mol•L-1的溶液,其pH如表所示:
序號(hào)
溶液NaClCH3COONH4NaHCO3
pH7.07.08.49.9
下列關(guān)系不正確的是( 。
A.酸性:H2CO3
B.水電離產(chǎn)生的c(H+):①=②
C.溶液③中:c(HCO3-)+c(CO32-)+c(H2CO3)=0.1mol•L-1
D.溶液④中:c(Na+)>c()>c(OH-)>c(H+

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4.分別向等體積1mol/L鹽酸和1mol/L醋酸溶液中加入等量的鎂條,反應(yīng)時(shí)間與溶液pH變化關(guān)系如圖.下列說(shuō)法中不正確的是( 。
A.Y代表鹽酸與鎂條的反應(yīng)B.a點(diǎn)時(shí)反應(yīng)Y消耗鎂條的量少
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1.25℃時(shí),用 2a mol•L-1 NaOH 溶液滴定 1.0L 2a mol•L-1氫氟酸溶液,得到混合液中 HF、F-的物質(zhì)的量與溶液 pH 的變化如圖所示.下列說(shuō)法正確的是( 。
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B.c(F-)>c(HF)時(shí),溶液一定呈堿性
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20.欲用18.4mol•L-1的濃硫酸配制成濃度為0.5mol•L-1的稀硫酸500ml.
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D.洗滌所用儀器2至3次,洗滌液也轉(zhuǎn)入容量瓶中      E.稀釋濃H2SO4       F.將溶液轉(zhuǎn)入容量瓶
(3)簡(jiǎn)要回答下列問(wèn)題:
①所需濃硫酸的體積為13.6mL.
②濃硫酸稀釋后在轉(zhuǎn)入容量瓶前應(yīng)恢復(fù)至室溫,否則會(huì)使?jié)舛绕撸?br />③定容時(shí)必須使溶液液面與刻度線相切,若俯視會(huì)使?jié)舛绕撸?/div>

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