Question

14．鈷（Co）及其化合物在工業(yè)上有廣泛應用，為從某工業(yè)廢料中回收鈷，設計了如下流程（廢料中含有Al、Li、Co₂O₃和Fe₂O₃等物質）．

已知：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）	1.9	7.15	-0.23	3.4
pH（完全沉淀）	3.2	9.15	1.09	5.2

請回答：
（1）步驟Ⅰ中得到含鋁溶液的溶質是NaAlO₂．
（2）寫出步驟Ⅱ中Co₂O₃與Na₂SO₃反應的離子方程式是Co₂O₃+SO₃^2-+4H⁺=Co²⁺+SO₄^2-+2H₂O．
（3）步驟Ⅲ中若不慎向“浸出液”中加過量NaClO₃時，可能會生成有毒氣體，則該有毒氣體是Cl₂，其中，Na₂CO₃溶液的作用是調節(jié)溶液PH使鐵離子沉淀完全轉化為Fe（OH）₃．
（4）在空氣中加熱草酸鈷晶體（CoC₂O₄•2H₂O）樣品需要用到的主要儀器是坩堝，5.49g該晶體受熱過程中不同溫度范圍內分別得到一種固體物質，其質量如下表：

溫度范圍/℃	固體質量/g
150～210	4.41
290～320	2.41
890～920	2.25

經測定，210～290℃過程中產生的氣體只有CO₂，此過程發(fā)生反應的化學方程式是3CoC₂O₄+2O₂ $\frac{\underline{\;210℃-290℃\;}}{\;}$Co₃O₄+6CO₂．[M（CoC₂O₄•2H₂O）=183g•mol^-1]
（5）從反應后的混合物中得到草酸鈷晶體，需對晶體進行洗滌，洗滌的方法是在漏斗中加水沒過沉淀，讓水自行留下，重復2～3次．

Answer 1

分析 廢料中含有Al、Li、Co₂O₃和Fe₂O₃等物質，廢料加入氫氧化鈉溶液堿浸，得到鈷渣為Li、Co₂O₃和Fe₂O₃等物質，加入鹽酸溶解后發(fā)生氧化還原反應，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NaClO₃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中得到含鋁溶液是鋁和氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉和氫氣；
（2）步驟Ⅱ中Co₂O₃與Na₂SO₃在酸性溶液中發(fā)生氧化還原反應，生成二價鈷離子，亞硫酸鈉被氧化為硫酸鈉；
（3）步驟Ⅲ中若不慎向“浸出液”中加過量NaClO₃時，可能會生成有毒氣體，是氯離子和ClO₃^-在酸溶液中發(fā)生氧化還原反應生成氯氣，結合原子守恒和電子守恒分析配平書寫離子方程式，依據表中數據分析判斷加入碳酸鈉調節(jié)溶液PH，沉淀鐵離子和鋰離子，但不能沉淀鈷離子；
（4）固體加熱在坩堝中進行，計算晶體物質的量n=$\frac{5.49g}{183g/mol}$=0.03mol，失去結晶水應為0.06mol，固體質量變化=0.06mol×18g/mol=1.08g，圖表數據可知，150～210固體質量變化=5.49g=4.41g=1.08g，說明210°C失去結晶水得到CoC₂O₄，210～290℃過程中是CoC₂O₄發(fā)生的反應，210～290℃過程中產生的氣體只有CO₂ ，依據元素守恒得到生成CO₂物質的量為0.06mol，質量=0.06mol×44g/mol=2.64g，氣體質量共計減小=4.41g-2.41g=2g，說明不是分解反應，參加費用的還有氧氣，則反應的氧氣質量=2.64g-2g=0.64g，O₂物質的量=$\frac{0.64g}{32g/mol}$=0.02mol，依據原子守恒配平書寫反應的化學方程式；
（5）依據洗滌固體的方法同過濾的操作．

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生成偏鋁酸鈉和氫氣，反應方程式為2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，所以溶液中的溶質為NaAlO₂，
故答案為：NaAlO₂；
（2）步驟Ⅱ中Co₂O₃與Na₂SO₃在酸性溶液中發(fā)生氧化還原反應，生成二價鈷離子，亞硫酸鈉被氧化為硫酸鈉，反應離子方程式為Co₂O₃+SO₃^2-+4H⁺=Co²⁺+SO₄^2-+2H₂O，
故答案為：Co₂O₃+SO₃^2-+4H⁺=Co²⁺+SO₄^2-+2H₂O；
（3）步驟Ⅲ中若不慎向“浸出液”中加過量NaClO₃時，可能會生成有毒氣體，是氯離子和ClO₃^-在酸溶液中發(fā)生氧化還原反應生成氯氣，ClO₃^-中氯元素化合價+5價降低為0價．氯元素化合價-1價變化為0價，反應的離子方程式：ClO₃^-+6H⁺+5Cl^-=3Cl₂↑+3H₂O，所以生成的有毒氣體是Cl₂，依據表中數據分析判斷加入碳酸鈉調節(jié)溶液PH，沉淀鐵離子和鋰離子，但不能沉淀鈷離子，所以碳酸鈉的主要作用是沉淀鐵離子和鋰離子，但不能沉淀鈷離子，步驟Ⅲ中Na₂CO₃溶液的作用是調節(jié)溶液的pH，應使溶液的pH不超過7.15，
故答案為：Cl₂；調節(jié)溶液PH使鐵離子沉淀完全轉化為Fe（OH）₃；
（4）在空氣中加熱草酸鈷晶體（CoC₂O₄•2H₂O）樣品需要用到的主要儀器是坩堝，計算晶體物質的量n=$\frac{5.49g}{183g/mol}$=0.03mol，失去結晶水應為0.06mol，固體質量變化=0.06mol×18g/mol=1.08g，圖表數據可知，150～210固體質量變化=5.49g=4.41g=1.08g，說明210°C失去結晶水得到CoC₂O₄，210～290℃過程中是CoC₂O₄發(fā)生的反應，產生的氣體只有CO₂ ，依據元素守恒得到生成CO₂物質的量為0.06mol，質量=0.06mol×44g/mol=2.64g，氣體質量共計減小=4.41g-2.41g=2g，說明說明有氣體參加反應應為氧氣，則反應的氧氣質量=2.64g-2g=0.64g，O₂物質的量=$\frac{0.64g}{32g/mol}$=0.02mol；n（CoC₂O₄）：n（O₂）：n（CO₂）=0.03：0.02：0.06=3：2：6，依據原子守恒配平書寫反應的化學方程式為3CoC₂O₄+2O₂ $\frac{\underline{\;210℃-290℃\;}}{\;}$Co₃O₄+6CO₂，
故答案為：坩堝；3CoC₂O₄+2O₂ $\frac{\underline{\;210℃-290℃\;}}{\;}$Co₃O₄+6CO₂；
（5）從反應后的混合物中得到草酸鈷晶體，需對晶體進行洗滌，洗滌方法是在漏斗中加水沒過沉淀，讓水自行留下，重復2～3次，
故答案為：在漏斗中加水沒過沉淀，讓水自行留下，重復2～3次．

點評 本題考查了物質分離和提純的方法，實驗過程和物質性質的判斷，離子方程式、化學方程式書寫方法，化學式的計算分析應用，掌握基礎是解題關鍵，題目難度中等．