Question

11．（1）CoCl₂•6H₂O常用作多彩水泥的添加劑．以含鈷廢料（含少量Fe、Al等雜質(zhì)）制取CoCl₂•6H₂O的一種工藝如下：

已知：25℃時(shí)，Ksp[Fe（OH）₃]=2.79×10^-39

沉淀物	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Co（OH）2	Al（OH）3
開(kāi)始沉淀（pH）	2.3	7.5	7.6	3.4
完全沉淀（pH）	4.1	9.7	9.2	5.2

①凈化除雜時(shí)，加入H₂O₂發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O
②加入CoCO₃調(diào)pH為5.2～7.6，則操作I獲得的濾渣成分為Fe（OH）₃、Al（OH）₃．
③已知：Fe（OH）₃（s）?Fe³⁺ （aq）+3OH^-（aq）△H=akJ/mol  H₂O（l）═H⁺ （aq）+OH^- （aq）△H=b kJ/mol
請(qǐng)寫出Fe³⁺發(fā)生水解反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：Fe³⁺（aq）+3H₂O（l）?Fe（OH）₃（s）+3H⁺ （aq）△H=（3b-a）kJ/mol．水解平衡常數(shù)Kh=$\frac{1{0}^{-3}}{2.79}$．
④加鹽酸調(diào)整pH為2～3的目的為抑制CoCl₂水解．
⑤操作Ⅱ過(guò)程為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶（填操作名稱）、過(guò)濾． 
（2）某鋰離子電池正極是LiCoO₂，含Li⁺導(dǎo)電固體為電解質(zhì)．充電時(shí)，Li⁺還原為L(zhǎng)i，并以原子形式嵌入電池負(fù)極材料C₆中（如圖所示）．電池反應(yīng)為L(zhǎng)iCoO₂+C₆$?_{放電}^{充電}$CoO₂+LiC₆，寫出該電池放電時(shí)的正極反應(yīng)式：CoO₂+Li⁺+e^-=LiCoO₂．

Answer 1

分析 （1）向含鈷廢料中加入過(guò)量稀鹽酸，F(xiàn)e、Al和稀鹽酸反應(yīng)生成FeCl₂、AlCl₃、CoCl₂，向溶液中加入雙氧水和CoCO₃，雙氧水具有強(qiáng)氧化性，能將亞鐵離子氧化為鐵離子，離子反應(yīng)方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，加入CoCO₃，調(diào)節(jié)溶液的pH至7.6，使Fe（OH）₃、Al（OH）₃生成沉淀，然后過(guò)濾，濾渣為Fe（OH）₃、Al（OH）₃，濾液中含有CoCl₂，然后向?yàn)V液中加入稀鹽酸，抑制CoCl₂水解，然后采用蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶和過(guò)濾方法得到CoCl₂•6H₂O；
①雙氧水具有氧化性，能氧化還原性離子；
②加入CoCO₃調(diào)pH為5.2～7.6，則操作I獲得的濾渣成分為Fe（OH）₃、Al（OH）₃；
③Fe（OH）₃（s）?Fe³⁺ （aq）+3OH^-（aq）△H=akJ/mol 
H₂O（l）═H⁺ （aq）+OH^-（aq）△H=b kJ/mol
Fe³⁺發(fā)生水解反應(yīng)方程式為Fe³⁺（aq）+3H₂O（l）?Fe（OH）₃（s）+3H⁺ （aq）△H=（3b-a）kJ/mol，
25℃時(shí)，Ksp[Fe（OH）₃]=2.79×10^-39，水解平衡常數(shù)Kh=$\frac{{c}^{3}（{H}^{+}）}{c（F{e}^{3+}）}$=$\frac{[\frac{{K}_{w}}{c（O{H}^{-}）}]^{3}}{c（F{e}^{3+}）}$=$\frac{（{K}_{w}）^{3}}{{K}_{sp}[Fe（OH）_{3}]}$；
④CoCl₂為強(qiáng)酸弱堿鹽，陽(yáng)離子水解導(dǎo)致溶液呈酸性，加入稀鹽酸能抑制水解；
⑤操作Ⅱ過(guò)程為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾． 
（2）放電時(shí)，該裝置為原電池，正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)．

解答 解：（1）向含鈷廢料中加入過(guò)量稀鹽酸，F(xiàn)e、Al和稀鹽酸反應(yīng)生成FeCl₂、AlCl₃、CoCl₂，向溶液中加入雙氧水和CoCO₃，雙氧水具有強(qiáng)氧化性，能將亞鐵離子氧化為鐵離子，離子反應(yīng)方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，加入CoCO₃，調(diào)節(jié)溶液的pH至7.6，使Fe（OH）₃、Al（OH）₃生成沉淀，然后過(guò)濾，濾渣為Fe（OH）₃、Al（OH）₃，濾液中含有CoCl₂，然后向?yàn)V液中加入稀鹽酸，抑制CoCl₂水解，然后采用蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶和過(guò)濾方法得到CoCl₂•6H₂O；
①雙氧水具有強(qiáng)氧化性，能將亞鐵離子氧化為鐵離子，離子反應(yīng)方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
②加入CoCO₃調(diào)pH為5.2～7.6，則操作I獲得的濾渣成分為Fe（OH）₃、Al（OH）₃，
故答案為：Fe（OH）₃、Al（OH）₃；
③Fe（OH）₃（s）?Fe³⁺ （aq）+3OH^-（aq）△H=akJ/mol 
H₂O（l）═H⁺ （aq）+OH^-（aq）△H=b kJ/mol
Fe³⁺發(fā)生水解反應(yīng)方程式為Fe³⁺（aq）+3H₂O（l）?Fe（OH）₃（s）+3H⁺ （aq）△H=（3b-a）kJ/mol，
25℃時(shí)，Ksp[Fe（OH）₃]=2.79×10^-39，水解平衡常數(shù)Kh=$\frac{{c}^{3}（{H}^{+}）}{c（F{e}^{3+}）}$=$\frac{[\frac{{K}_{w}}{c（O{H}^{-}）}]^{3}}{c（F{e}^{3+}）}$=$\frac{（{K}_{w}）^{3}}{{K}_{sp}[Fe（OH）_{3}]}$=$\frac{（1{0}^{-14}）^{3}}{2.79×1{0}^{-39}}$=$\frac{1{0}^{-3}}{2.79}$，
故答案為：Fe³⁺（aq）+3H₂O（l）?Fe（OH）₃（s）+3H⁺ （aq）△H=（3b-a）kJ/mol；$\frac{1{0}^{-3}}{2.79}$；
④CoCl₂為強(qiáng)酸弱堿鹽，陽(yáng)離子水解導(dǎo)致溶液呈酸性，加入稀鹽酸能抑制水解，所以加入稀鹽酸的目的是抑制CoCl₂水解，故答案為：抑制CoCl₂水解；
⑤操作Ⅱ過(guò)程為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾，故答案為：冷卻結(jié)晶； 
（2）放電時(shí)，該裝置為原電池，正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為CoO₂+Li⁺+e^-=LiCoO₂，
故答案為：CoO₂+Li⁺+e^-=LiCoO₂．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)分離和提純及電解原理，為高頻考點(diǎn)，涉及氧化還原反應(yīng)、物質(zhì)分離和提純方法、熱化學(xué)方程式、鹽類水解、難溶物溶解平衡等知識(shí)點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生知識(shí)運(yùn)用能力，難點(diǎn)是水解平衡常數(shù)計(jì)算、電極反應(yīng)式的書寫，題目難度中等．