Question

我國鈷資源相對比較貧乏，某研究小組以一種含鋰、鋁和鈷的新型電子材料的廢料為原料回收金屬鈷，設(shè)計了如下實驗方案：已知：該廢料中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；微量的鋰混雜于其中．請回答下列問題：
（1）已知60_Co原子中含有33個中子，試寫出基態(tài)鈷原子的核外電子排布式：

 

．
（2）第Ⅱ步驟操作中在鈷渣中加入稀硫酸，再加入Na₂S₂O₃溶液可將鈷渣溶解，請完成該過程的離子方程式：

 

Co₂O₃?CoO+

 

S₂O

2- 3

+

 

 

=

 

Co²⁺+

 

SO

2- 4

+

 

H₂O
（3）為確保產(chǎn)品的純度，步驟Ⅳ過濾后還需對CoCO₃沉淀進行洗滌，簡述洗滌過程的操作方法：

 

（4）鋰鋁渣的主要成分是Al（OH）₃和LiF，步驟Ⅲ和Ⅳ中均用到碳酸鈉溶液，則碳酸鈉溶液在這兩個步驟中所起的主要作用分別是

 

．
（5）廢料中Co₂O₃?CoO的含量為96.4%，處理1噸上述廢料，理論上可以得到純CoO

 

噸．

Answer 1

考點：金屬的回收與環(huán)境、資源保護

專題：實驗設(shè)計題

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(yīng)：4Co₃O₄+Na₂S₂O₃+11H₂SO₄=12CoSO₄+Na₂SO₄+11H₂O，得到含有鈷離子的溶液，然后調(diào)節(jié)溶液pH并用碳酸鈉溶液除去雜質(zhì)鋁離子，得到較純凈的含有鈷離子的溶液，再加入碳酸鈉、調(diào)節(jié)溶液的pH將鈷離子轉(zhuǎn)化成碳酸鈷沉淀，最后灼燒碳酸鈷得到氧化鈷，
（1）Co核外有27個電子，其基態(tài)鈷原子的核外電子排布式：[Ar]3d⁷4s²；
（2）Co₃O₄和Na₂S₂O₃在酸性條件下發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成CoSO₄、Na₂SO₄和H₂O，反應(yīng)方程式為：4Co₃O₄+Na₂S₂O₃+11H₂SO₄=12CoSO₄+Na₂SO₄+11H₂O，（3）洗滌CoCO₃沉淀的方法為：沿玻璃棒向漏斗中加蒸餾水浸沒沉淀，讓水自然流下，重復(fù)操作2→3次；
（4）碳酸鈉溶液在步驟Ⅲ中主要是消耗H⁺調(diào)節(jié)pH值；碳酸鈉溶液在步驟Ⅳ中主要是沉淀Co²⁺，生成CoCO₃沉淀；
（5）根據(jù)關(guān)系式：Co₂O₃?CoO→3CoO計算．

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(yīng)：4Co₃O₄+Na₂S₂O₃+11H₂SO₄=12CoSO₄+Na₂SO₄+11H₂O，得到含有鈷離子的溶液，然后調(diào)節(jié)溶液pH并用碳酸鈉溶液除去雜質(zhì)鋁離子，得到較純凈的含有鈷離子的溶液，再加入碳酸鈉、調(diào)節(jié)溶液的pH將鈷離子轉(zhuǎn)化成碳酸鈷沉淀，最后灼燒碳酸鈷得到氧化鈷，
（1）Co核外有27個電子，其基態(tài)鈷原子的核外電子排布式：[Ar]3d⁷4s²；
故答案為：[Ar]3d⁷4s²；
（2）Co₃O₄和Na₂S₂O₃在酸性條件下發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成CoSO₄、Na₂SO₄和H₂O，反應(yīng)方程式為：4Co₃O₄+Na₂S₂O₃+11H₂SO₄=12CoSO₄+Na₂SO₄+11H₂O，離子方程式為4Co₃O₄+S₂O₃^2-+22H⁺=12Co²⁺+2SO₄^2-+11H₂O，
故答案為：4Co₃O₄+S₂O₃^2-+22H⁺=12Co²⁺+2SO₄^2-+11H₂O；
（3）洗滌CoCO₃沉淀的方法為：沿玻璃棒向漏斗中加蒸餾水浸沒沉淀，讓水自然流下，重復(fù)操作2→3次；
故答案為：沿玻璃棒向漏斗中加蒸餾水浸沒沉淀，讓水自然流下，重復(fù)操作2→3次；
（4）碳酸鈉溶液在步驟Ⅲ中主要是消耗H⁺調(diào)節(jié)pH值；碳酸鈉溶液在步驟Ⅳ中主要是沉淀Co²⁺，生成CoCO₃沉淀；
故答案為：步驟Ⅲ中主要是消耗H⁺調(diào)節(jié)pH值；步驟Ⅳ中主要是沉淀Co²⁺；
（5）根據(jù)關(guān)系式：Co₂O₃?CoO→3CoO計算，1噸上述廢料，理論上可以得到純CoO：1t×96.4%×

225

241

=0.9t；
故答案為：0.9t．

點評：本題考查了金屬及其化合物的性質(zhì)，考查氧化還原反應(yīng)、離子反應(yīng)、關(guān)系式計算等，題目難度中等，解答關(guān)鍵根據(jù)實驗流程利用氧化還原反應(yīng)判斷發(fā)生的離子反應(yīng)，側(cè)重對學(xué)生綜合能力的考查，是一道質(zhì)量較好的能力考查題．