Question

5．鈷氧化物可制備鋰離子電池正極材料，利用鈷渣[含Co（OH）₃、Fe（OH）₃等]制備鈷氧化物的工藝流程如下：

（1）鐵渣中鐵元素的化合價為+3；寫出沉鈷過程中發(fā)生反應的化學方程式：CoSO₄+2NH₄HCO₃=CoCO₃↓+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O．
（2）119g CoCO₃沉淀充分灼燒最多得到CO₂的體積（標準狀況）為22.4L．
（3）取一定質(zhì)量的碳酸鈷分解后的鈷氧化物（其中Co的化合價為+2、+3），用300mL 5mol•L^-1鹽酸恰好完全溶解固體，得到CoCl₂溶液和3.36L（標準狀況）黃綠色氣體．試確定該鈷氧化物中Co、O的物質(zhì)的量之比4：5．（寫出計算過程）

Answer 1

分析 鈷渣[含Co（OH）₃、Fe（OH）₃等]用硫酸和亞硫酸鈉浸液，Co（OH）₃、Fe（OH）₃溶解，2Co（OH）₃+4H⁺+SO₃^2-=2Co²⁺+SO₄^2-+5H₂O；Fe（OH）₃加硫酸溶解后為鐵離子，再與亞硫酸鈉發(fā)生氧化還原反應生成亞鐵離子，在浸液中通入氧氣、加入氯酸鈉除鐵，純化處理，加入碳酸氫銨，得到CoCO₃沉淀，煅燒后得到鈷的氧化物．
（1）在浸液中通入氧氣、加入氯酸鈉時亞鐵離子被氧化為鐵離子，沉鈷過程中CoSO₄與NH₄HCO₃反應生成CoCO₃沉淀、硫酸銨、二氧化碳和水，根據(jù)原子守恒書寫化學方程式；
（2）根據(jù)碳原子守恒，n（CO₂）=n（CoCO₃），再根據(jù)V=nVm計算CoCO₃沉淀充分灼燒最多得到CO₂的體積；
（3）由電子守恒：n（Co³⁺）=2 n（Cl₂），由電荷守恒：n（Co原子）_總=n（Co²⁺）_溶液=$\frac{1}{2}$n（Cl^-），聯(lián)立計算n_氧化物（Co²⁺），根據(jù)化合價電荷守恒為0計算氧化物中n（O），進而計算氧化物中n（Co）：n（O）．

解答 解：（1）由制備流程可知，加硫酸溶解后為鐵離子，再與亞硫酸鈉發(fā)生氧化還原反應生成亞鐵離子，在浸液中通入氧氣、加入氯酸鈉時亞鐵離子被氧化為鐵離子，可知鐵渣中鐵元素的化合價為+3價，沉鈷過程中CoSO₄與NH₄HCO₃反應，得到CoCO₃沉淀，根據(jù)原子守恒，該反應的化學方程式為：CoSO₄+2NH₄HCO₃=CoCO₃↓+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O，
故答案為：+3；CoSO₄+2NH₄HCO₃=CoCO₃↓+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O；
（2）119g CoCO₃沉淀的物質(zhì)的量為n（CoCO₃）=$\frac{m}{M}$=$\frac{119g}{119g/mol}$=1mol，CoCO₃沉淀充分灼燒，生成鈷氧化物和CO₂，根據(jù)碳原子守恒，n（CO₂）=n（CoCO₃），n（CO₂）=1mol，標準狀況下，V=nVm=1mol×22.4L/mol=22.4L，
故答案為：22.4L；
（3）由電子守恒：n（Co³⁺）=2n（Cl₂）=0.3mol，由電荷守恒：n（Co）總=n（Co²⁺）溶液=$\frac{1}{2}$n（Cl^-）=0.5×（1.5mol-0.15mol×2）=0.6mol，
所以固體中的n（Co²⁺）=0.6mol-0.3mol=0.3mol，n（O）=（0.3mol×3+0.3mol×2）÷2=0.75mol，
故n（Co）：n（O）=0.6mol：0.75mol=4：5，
故答案為：4：5．

點評 本題考查物質(zhì)制備、反應方程式的書寫、有關物質(zhì)的量的計算等，根據(jù)題干信息結(jié)合鐵鈷及其化合物的性質(zhì)為解答的關鍵，（3）中計算注意守恒思想的應用，題目難度中等．