Question

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）	1.9	7.15	-0.23	3.4
pH（完全沉淀）	3.2	9.15	1.09	4.7

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
150～210	4.41
290～320	2.41
890～920	2.25

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．

Answer 1

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．