Question

8．一種含鋁、鋰、鈷的新型電子材料，生產中產生的廢料數(shù)量可觀，廢料中的鋁以金屬鋁箔的形式存在；鈷以Co₂O₃•CoO的形式存在，吸附在鋁箔的單面或雙面；鋰混雜于其中．從廢料中回收氧化鈷（CoO）的工藝流程如下：

（1）為了提高廢料溶浸的效率，可以采取的措施有攪拌、適當提高溫度、粉碎、適當提高溶液濃度等（寫一條即可）
（2）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↑．
（3）過程Ⅱ中加入稀H₂SO₄酸化后，再加入Na₂S₂O₃溶液浸出鈷．則浸出鈷的化學反應方程式為（產物中只有一種酸根）4Co₂O₃•CoO+Na₂S₂O₃+11H₂SO₄=12CoSO₄+Na₂SO₄+11H₂O．在實驗室模擬工業(yè)生產時，也可用鹽酸浸出鈷，但實際工業(yè)生產中不用鹽酸，請從反應原理分析不用鹽酸浸出鈷的主要原因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是LiF和Al（OH）₃，請寫出產生Al（OH）₃反應的離子方程式2Al³⁺+3CO₃^2-+3H₂O=2Al（OH）₃↓+3CO₂↑．
（5）碳酸鈉溶液在過程Ⅲ和IV中所起作用有所不同，請寫出在過程Ⅳ中起的作用是調整pH，提供CO₃^2-，使Co²⁺沉淀為CoCO₃．
（6）實驗室模擬生產過程V中，必須使用的儀器，除酒精燈、三腳架外，還需泥三角、坩堝．

Answer 1

分析 操作Ⅰ利用了鋁能溶解在氫氧化鈉溶液的性質，將鋁從廢料中分離出來，過濾后得到含Co₂O₃•CoO的鈷渣，再用酸溶解過濾后得到含Co³⁺及Al³⁺、Li⁺的濾液，通過調整溶液的pH得到Al（OH）₃和LiF沉淀，再過濾得到含Co³⁺的濾液，再滴加Na₂CO₃溶液得到CoCO₃沉淀，經過濾、洗滌沉淀，最后將CoCO₃進行加熱分解可得CoO粉末，
（1）升高溫度、攪拌、減小固體的顆粒等均能加速固體的溶解；
（2）鋁和氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉和氫氣；
（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，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；
（4）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；
（5）碳酸鈉溶液在過程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；碳酸鈉溶液在過程Ⅳ中調整pH，提供CO₃^2-，使Co²⁺沉淀為CoCO₃；
（6）過程V為加熱固體，常用儀器有酒精燈、三腳架、泥三角、坩堝等．

解答 解：操作Ⅰ利用了鋁能溶解在氫氧化鈉溶液的性質，將鋁從廢料中分離出來，過濾后得到含Co₂O₃•CoO的鈷渣，再用酸溶解過濾后得到含Co³⁺及Al³⁺、Li⁺的濾液，通過調整溶液的pH得到Al（OH）₃和LiF沉淀，再過濾得到含Co³⁺的濾液，再滴加Na₂CO₃溶液得到CoCO₃沉淀，經過濾、洗滌沉淀，最后將CoCO₃進行加熱分解可得CoO粉末，
（1）升高溫度、攪拌、減小固體的顆粒等均能加速固體的溶解，所以為了提高溶浸工序中原料的浸出效率，可以采取的措施有：適當升高溫度，攪拌，研磨礦石，適當提高稀硫酸的濃度，故答案為：攪拌、適當提高溫度、粉碎、適當提高溶液濃度等；
（2）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↑；
（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，所以加入Na₂S₂O₃的作用是還原Co³⁺，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，所以不能鹽酸，
故答案為：4Co₂O₃•CoO+Na₂S₂O₃+11H₂SO₄=12CoSO₄+Na₂SO₄+11H₂O；Co₂O₃•CoO可氧化鹽酸產生Cl₂，污染環(huán)境；
（4）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，水解的離子方程式為：2Al³⁺+3CO₃^2-+3H₂O=2Al（OH）₃↓+3CO₂↑，
故答案為：2Al³⁺+3CO₃^2-+3H₂O=2Al（OH）₃↓+3CO₂↑；
（5）碳酸鈉溶液在過程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；碳酸鈉溶液在過程Ⅳ中調整pH，提供CO₃^2-，使Co²⁺沉淀為CoCO₃，
故答案為：調整pH，提供CO₃^2-，使Co²⁺沉淀為CoCO₃；
（6）過程V為加熱固體，常用儀器有酒精燈、三腳架、泥三角、坩堝等，故答案為：泥三角、坩堝．

點評 本題借助利用鈦鐵礦制備鋰離子電池電極材料流程，考查了化合價判斷、離子方程式書寫、電極方程式書寫、化學計算等知識，涉及的內容較多，綜合性較強，充分考查了學生的綜合能力，本題難度中等．