Question

【題目】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(jì)流程如下（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	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 。

（2）步驟Ⅱ中Co2O3與鹽酸反應(yīng)的離子方程式 。

（3）步驟Ⅲ中Na2CO3溶液的作用是調(diào)節(jié)溶液的pH，應(yīng)調(diào)節(jié)溶液的pH范圍是 ；廢渣中的主要成分為 。

（4）步驟Ⅲ中NaF參與的反應(yīng)對步驟Ⅳ所起的作用是

（5）在空氣中加熱5.49 g草酸鈷晶體（CoC2O4·2H2O）樣品，[M(CoC2O4·2H2O) = 183 g/mol ] 受熱過程中不同溫度范圍內(nèi)分別得到一種固體物質(zhì)，其質(zhì)量如下表。

溫度范圍/℃	固體質(zhì)量/ g
150~210	4.41
290~320	2.41
890~920	2.25

經(jīng)測定，210~290℃過程中產(chǎn)生的氣體只有CO2，此過程發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是

Answer 1

【答案】（1）2Al + 2OH-+ 2H2O = 2AlO2－+ 3H2↑

（2）Co2O3 + 6H+ + 2Cl- = 2Co2++ Cl2↑+ 3H2O

（3）3.2-7.15；Fe(OH)3、LiF

（4）降低溶液中Li+濃度，避免步驟Ⅳ中產(chǎn)生Li2CO3沉淀。

（5）3CoC2O4+ 2O2　Co3O4+ 6CO2

【解析】

試題分析：（1）步驟Ⅰ中得到含鋁溶液是鋁和氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和氫氣，反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Al + 2OH-+ 2H2O = 2AlO2－+ 3H2↑；

（2）氧化鈷氧化鹽酸溶液中氯化氫為氯氣，結(jié)合原子守恒和電子守恒分析配平書寫離子方程式，鈷元素化合價降低為+2價．氯元素化合價-1價變化為0價，反應(yīng)的離子方程式Co2O3 + 6H+ + 2Cl- = 2Co2++ Cl2↑+ 3H2O；

（3）根據(jù)流程圖可知，步驟Ⅲ中加Na2CO3溶液的作用是調(diào)節(jié)溶液的pH，沉淀鐵離子，但不能沉淀鈷離子，依據(jù)表中數(shù)據(jù)分析判斷調(diào)節(jié)溶液的pH范圍是3.2—7.15；加入碳酸鈉溶液調(diào)節(jié)pH值，使Fe3＋轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3，加入NaF，使Li＋轉(zhuǎn)化為LiF沉淀，所以廢渣中的主要成分是Fe(OH)3、LiF。

（4）NaF與溶液中的Li+形成LiF沉淀，此反應(yīng)對步驟Ⅳ所起的作用是降低溶液中Li+濃度，避免步驟Ⅳ中產(chǎn)生Li2CO3沉淀；

（5）計(jì)算晶體物質(zhì)的量n=5.49g÷183g/mol=0.03mol，失去結(jié)晶水應(yīng)為0.06mol，固體質(zhì)量變化=0.06mol×18g/mol=1.08g，圖表數(shù)據(jù)可知，150～210固體質(zhì)量變化=5.49g=4.41g=1.08g，說明210°C失去結(jié)晶水得到CoC2O4，210～290℃過程中是CoC2O4發(fā)生的反應(yīng)，產(chǎn)生的氣體只有CO2，依據(jù)元素守恒得到生成CO2物質(zhì)的量為0.06mol，質(zhì)量=0.06mol×44g/mol=2.64g，氣體質(zhì)量共計(jì)減小=4.41g-2.41g =2g，說明說明有氣體參加反應(yīng)，該氣體應(yīng)為氧氣，則反應(yīng)的氧氣的質(zhì)量=2.64g-2g=0.64g，O2物質(zhì)的量=0.64g÷32g/mol=0.02mol；n（CoC2O4）：n（O2）：n（CO2）=0.03：0.02：0.06=3：2：6，依據(jù)原子守恒配平書寫反應(yīng)的化學(xué)方程式為3CoC2O4+ 2O2　Co3O4+ 6CO2。