Question

4．氧化鈷通常是灰色粉末，有時是棕色晶體，主要用作制取金屬鈷的原料，制取的金屬鈷用于生產鎢鈷硬質合金、鈷磁合金，經過繼續(xù)氧化成四氧化三鈷用作鈷鋰電池的正極材料．
從廢料中回收氧化鈷（CoO）的工藝流程如下：

（1）過程Ⅰ中采用NaOH溶液溶出廢料中的Al，反應的離子方程式為2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑．

（2）用含鋁溶液制取Al（OH）₃且成本最低，最好用下列那種物質C（填序號）
A．鹽酸  B．氫氧化鈉  C．二氧化碳  D．氨水
（3）鈷渣中的鈷以Co₂O₃•CoO形式存在，在過程II中加入稀H₂SO₄酸化后，再加入Na₂S₂O₃溶液浸出鈷，則浸出鈷的化學方程式為（產物中只有一種酸根）4Co₂O₃•CoO+S₂O₃ ^2-+22H⁺=12Co²⁺+2SO₄^2-+11H₂O，在實驗室模擬工業(yè)生產時，也可用鹽酸浸出鈷，但實際生產工業(yè)中不用鹽酸，不用鹽酸浸出鈷的主要原因是Co₂O₃•CoO可氧化鹽酸產生Cl₂，污染環(huán)境；
（4）過程III得到鋰鋁渣的主要成分有兩種，一種是氫氧化鋁，另一種成分是Li₂CO₃（寫化學式）；
（5）過程III和IV都用到了碳酸鈉溶液，請寫出過程III和過程IV中碳酸鈉溶液參加反應的兩種方程式，
①過程III的兩種方程式2Al³⁺+3CO₃^2-+3H₂O=2Al（OH）₃↓+3CO₂↑，2Li⁺+CO₃^2-=Li₂CO₃↓；
②過程IV的兩種方程式CO₃^2-+2H⁺=CO₂↑+H₂O，CO₃^2-+Co²⁺=CoCO₃↓．

Answer 1

分析 制備流程為：廢料用堿液溶解，過濾得到偏鋁酸鈉溶液和鈷渣；用硫酸溶解鈷渣，發(fā)生反應：4Co₃O₄+Na₂S₂O₃+11H₂SO₄=12CoSO₄+Na₂SO₄+11H₂O，得到含有鈷離子的溶液，然后調節(jié)溶液pH并用碳酸鈉溶液除去雜質鋁離子，同時碳酸根離子與鋰離子結合生成碳酸鋰沉淀，過濾，得到較純凈的含有鈷離子的溶液，再加入碳酸鈉、調節(jié)溶液的pH將鈷離子轉化成碳酸鈷沉淀，最后灼燒碳酸鈷得到氧化鈷，
（1）鋁和氫氧化鈉反應生成偏鋁酸鈉和氫氣，注意該反應中水是反應物；
（2）偏鋁酸根離子與酸反應生成氫氧化鋁，氫氧化鋁能溶于強酸；
（3）Co₃O₄和硫代硫酸根離子在酸性條件下發(fā)生氧化還原反應生成硫酸根離子、二價鈷離子和水；鹽酸具有還原性，能被Co₂O₃•CoO氧化生成有毒的氯氣；
（4）碳酸根離子與鋰離子結合生成碳酸鋰沉淀；
（5）①過程III中鋁離子能與碳酸根離子發(fā)生雙水解生成氫氧化鋁和二氧化碳，碳酸根離子與鋰離子結合生成碳酸鋰沉淀；
②過程IV中碳酸鈉與氫離子反應生成二氧化碳和水，CO₃^2-與Co²⁺形成CoCO₃沉淀．

解答 解：制備氧化鈷的大致流程為：制備流程為：廢料用堿液溶解，過濾得到偏鋁酸鈉溶液和鈷渣；用硫酸溶解鈷渣，發(fā)生反應：4Co₃O₄+Na₂S₂O₃+11H₂SO₄=12CoSO₄+Na₂SO₄+11H₂O，得到含有鈷離子的溶液，然后調節(jié)溶液pH并用碳酸鈉溶液除去雜質鋁離子，得到較純凈的含有鈷離子的溶液，再加入碳酸鈉、調節(jié)溶液的pH將鈷離子轉化成碳酸鈷沉淀，最后灼燒碳酸鈷得到氧化鈷，
（1）鋁和氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉和氫氣，反應的離子反應方程式為2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，故答案為：2Al+2OH^-+2H₂O=+2AlO₂^-+3H₂↑；
（2）偏鋁酸根離子與酸反應生成氫氧化鋁，氫氧化鋁能溶于強酸，所以不能選用鹽酸，選用二氧化碳，故答案為：C；
（3）Co₃O₄和Na₂S₂O₃在酸性條件下發(fā)生氧化還原反應生成CoSO₄、Na₂SO₄和H₂O，反應方程式為：4Co₃O₄+Na₂S₂O₃+11H₂SO₄=12CoSO₄+Na₂SO₄+11H₂O，改寫成離子方程式為4Co₂O₃•CoO+S₂O₃ ^2-+22H⁺=12Co²⁺+2SO₄^2-+11H₂O，
鹽酸具有還原性，能被Co₂O₃•CoO氧化生成有毒的氯氣而污染環(huán)境，所以不用鹽酸，
故答案為：4Co₂O₃•CoO+S₂O₃ ^2-+22H⁺=12Co²⁺+2SO₄^2-+11H₂O；Co₂O₃•CoO可氧化鹽酸產生Cl₂污染環(huán)境；
（4）碳酸根離子與鋰離子結合生成碳酸鋰沉淀，則過程III得到鋰鋁渣的主要成分有兩種，一種是氫氧化鋁，另一種成分是Li₂CO₃，故答案為：Li₂CO₃；
（5）①過程III中鋁離子能與碳酸根離子發(fā)生雙水解生成氫氧化鋁和二氧化碳，其反應的方程式為2Al³⁺+3CO₃^2-+3H₂O=2Al（OH）₃↓+3CO₂↑，碳酸根離子與鋰離子結合生成碳酸鋰沉淀，其反應的方程式為2Li⁺+CO₃^2-=Li₂CO₃↓，
故答案為：2Al³⁺+3CO₃^2-+3H₂O=2Al（OH）₃↓+3CO₂↑，2Li⁺+CO₃^2-=Li₂CO₃↓；
②過程IV中碳酸鈉與氫離子反應生成二氧化碳和水，其反應為CO₃^2-+2H⁺=CO₂↑+H₂O，CO₃^2-與Co²⁺形成CoCO₃沉淀，則其反應為CO₃^2-+Co²⁺=CoCO₃↓，
故答案為：CO₃^2-+2H⁺=CO₂↑+H₂O，CO₃^2-+Co²⁺=CoCO₃↓．

點評 本題考查了物質的分離提純方法和操作的綜合應用，考查氧化還原反應、離子反應、關系式計算等，題目難度中等，解答關鍵根據實驗流程利用氧化還原反應判斷發(fā)生的離子反應，側重對學生綜合能力的考查，是一道質量較好的能力考查題．