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見下表:
Fe3+Co2+Co3+Al3+
pH(開始沉淀)1.97.15-0.233.4
pH(完全沉淀)3.29.151.094.7
請回答:
(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)測定,210~290℃的過程中只產(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的化合價為0價,該鋰離子電池充電時陽極的電極反應(yīng)式為LiCoO2-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)合原子個數(shù)守恒寫成反應(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℃過程中是CoC2O4發(fā)生的反應(yīng),210℃~290℃過程中產(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)量共計減小=4.41g-2.41g=2g,說明不是分解反應(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)原子守恒配平書寫反應(yīng)的化學(xué)方程式;
(6)LiCoO2中鋰元素化合價為+1價,則依據(jù)放電反應(yīng)分析判斷,LixC中鋰元素化合價為0價,由鋰離子電池的總反方程式可知C+LiCoO2→LixC+Li1-xCoO2為充電過程即為電解池,則鋰硫電池給鋰離子電池充電,LiCoO2為陽極失電子發(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)中鈷元素化合價降低為+2價.氯元素化合價-1價變化為0價,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7.15,廢渣中的主要成分為LiF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)量共計減小=4.41g-2.41g=2g,說明說明有氣體參加反應(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中鋰元素化合價為+1價,則依據(jù)放電為原電池反應(yīng),鋰元素化合價升高發(fā)生氧化反應(yīng)分析判斷,LixC中鋰元素化合價為0價,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為充電過程即為電解池,則鋰硫電池給鋰離子電池充電,LiCoO2為陽極失電子發(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+

點評 本題通過從某工業(yè)廢料中回收鈷的工藝流程考查了化學(xué)方程式、離子方程式書寫,確各個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)冊系列答案
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1.常溫下,將pH=8的NaOH與pH=10的NaOH溶液等體積混合后,溶液后c(H+)最接近于( 。
A.(10-8+10-10)mol/LB.(10-4+10-6)mol/LC.(10-8+10-9)mol/LD.2×10-10mol/L

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2.用鉛蓄電池電解甲、乙電解池中的溶液.已知鉛蓄電池的總反應(yīng)為:Pb+PbO2+2H2SO4$?_{充電}^{放電}$2PbSO4+2H2O電解一段時間后向c極和d極附近分別滴加酚酞試劑,c極附近溶液變紅,下列說法正確的是(  )
A.d極為陰極
B.放電時鉛蓄電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為:PbO2+4H++SO42-+4e-=PbSO4+2H2O
C.若四個電極材料均為石墨,當(dāng)析出6.4gCu時,消耗H2SO40.2mol
D.甲池中陽離子向b極移動

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3.下列物質(zhì)中互為同分異構(gòu)體的是(  )
A.13C與14CB.CH3CH2OH與CH3COOH
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10.鉻鐵礦的主要成分為FeO•Cr2O3,還含有MgO、Al2O3、Fe2O3等雜質(zhì),以鉻鐵礦為原料制備(K2Cr2O7)的工藝如下(部分操作和條件略).

已知:①NaFeO2遇水強(qiáng)烈水解②Cr2O72-+H2O?2CrO42-+2H+
請根據(jù)題意回答下列問題:
(1)煅燒鉻鐵礦時FeO•Cr2O3生成Na2CrO4和NaFeO2反應(yīng)的化學(xué)方程式是4FeO•Cr2O3+20NaOH+7O2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$8Na2CrO4+4NaFeO2+10H2O;
(2)濾液1的溶質(zhì)除Na2CrO4外,還含有NaAlO2、NaOH(填化學(xué)式,下同),濾渣1的成分是MgO、Fe(OH)3
(3)向濾液2中繼續(xù)加入醋酸調(diào)pH<5,其目的是使CrO42-轉(zhuǎn)化為Cr2O72-
(4)酸性溶液中過氧化氫能使Cr2O72-變成藍(lán)色的CrO5,其分子結(jié)構(gòu)為 x/m,該反應(yīng)可用來檢驗Cr2O72-的存在.寫出反應(yīng)的離子方程式Cr2O72-+4H2O2+2H+=2CrO5+5H2O.
(5)稱取重鉻酸鉀試樣5.00g配成250mL溶液,取出25.00mL,加入10mL 2mol•L-1 H2SO4和足量碘化鉀(鉻的還原產(chǎn)物為Cr3+),加入幾滴淀粉溶液做指示劑,用0.30mol•L-1 Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定(I2+2S2O32-=2I-+S4O62-).若實驗中共用去Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液30.00mL,則所得產(chǎn)品中重鉻酸鉀的純度為88.2%.(保留3位有效數(shù)字,K2Cr2O7的摩爾質(zhì)量為294g/mol)

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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.推測它的分子式和結(jié)構(gòu)簡式.

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7.下列說法或表示方法中,正確的是( 。
A.等質(zhì)量的硫蒸氣和硫黃固體分別完全燃燒,前者放出的熱量多
B.a℃、b kPa下,將0.5 mol O2和1.5 mol H2置于密閉容器中充分反應(yīng)生成H2O(g),放熱c kJ,其熱化學(xué)方程式為2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)△H=-2c kJ•mol-1
C.由N24(g)?2NO2(g)△H=-56.9 kJ•mol-1,可知將1mol N2O4(g)置于密閉容器中充分反應(yīng)后放出熱量為56.9kJ
D.稀硫酸溶液與稀NaOH溶液反應(yīng)的中和熱為57.3 kJ•mol-1,則稀醋酸溶液與稀NaOH溶液反應(yīng)的熱化學(xué)方程式可表示為CH3COOH(aq)+NaOH(aq)=CH3COONa(aq)+H2O(l)△H=-57.3 kJ•mol-1

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

4.對于放熱反應(yīng)H2+Cl2$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2HCl,下列說法中,正確的是( 。
A.1 mol HCl所具有的總能量高于1 mol H2所具有的總能量
B.1 mol H2和1 mol Cl2所具有的總能量高于2 mol HCl所具有的總能量
C.斷開1 mol H-H鍵和1 mol Cl-Cl鍵所吸收的總能量大于形成1mol H-Cl鍵所放出的能量
D.該反應(yīng)中,化學(xué)能只轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?/td>

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5.通常用來衡量一個國家的石油化學(xué)工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志是(  )
A.石油的需求量B.合成纖維C.石油的產(chǎn)量D.乙烯的產(chǎn)量

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