Question

13．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)計流程如圖（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	4.7

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．
有同學(xué)認為Ⅱ中將鹽酸換成硫酸和H₂O₂溶液更好，請結(jié)合離子方程式說明理由Co₂O₃+4H⁺+H₂O₂=2Co²⁺+3H₂O+O₂↑
（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、Fe（OH）₃．
（4）在空氣中加熱CoC₂O₄固體，經(jīng)測定，210～290℃的過程中只產(chǎn)生CO₂和一種二元化合物，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．
（5）某鋰離子電池的總反應(yīng)為C₆+LiCoO₂ $?_{放電}^{充電}$ Li_xC₆+Li_1-xCoO₂，Li_xC₆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^-=Li_1-xCoO₂+xLi⁺．

Answer 1

分析 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，以此解答該題．

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，
將鹽酸換成硫酸和H₂O₂溶液，發(fā)生Co₂O₃+4H⁺+H₂O₂=2Co²⁺+3H₂O+O₂↑，可減少污染，
故答案為：Co₂O₃+6H⁺+2Cl^-=2Co²⁺+Cl₂↑+3H₂O；Co₂O₃+4H⁺+H₂O₂=2Co²⁺+3H₂O+O₂↑；
（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、Fe（OH）₃；
（4）210～290℃的過程中只產(chǎn)生CO₂和一種二元化合物，該二元化合物應(yīng)該由鈷元素和氧元素組成，該化合物中鈷元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為73.44%，則該氧化物中鈷原子和氧原子的物質(zhì)的量之比為$\frac{73.44%}{59}$：$\frac{1-73.44%}{16}$=3：4，即該氧化物的化學(xué)式為Co₃O₄，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；
（5）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，Li_xC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極，由鋰離子電池的總反方程式可知C+LiCoO₂→Li_xC+Li_1-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^-=Li_1-xCoO₂ +xLi⁺，C為陰極得電子發(fā)生還原反應(yīng)：C+xe^-+xLi⁺=Li_xC，
故答案為：0；LiCoO₂-xe^-=Li_1-xCoO₂+xLi⁺．

點評 本題考查了物質(zhì)分離和提純的方法，為高頻考點，側(cè)重考查學(xué)生的分析能力、實驗?zāi)芰�和計算能力，注意把握實驗過程和物質(zhì)性質(zhì)的判斷，離子方程式、化學(xué)方程式書寫方法，化學(xué)式的計算分析應(yīng)用，題目難度中等．