Question

19．水钴矿中除SiO₂外，还有9.24% CoO、2.78% Fe₂O₃、0.96% MgO、0.084% CaO．从中提取钴的主要工艺流程如图1：

（1）请配平下列除铁的化学方程式：
□Fe₂（SO₄）₃+□H₂O+□Na₂CO₃=□Na₂Fe₆（SO₄）₄（OH）₁₂↓+□Na₂SO₄+□CO₂↑
（2）“除钙、镁”的原理反应为：MgSO₄+2NaF═MgF₂↓+Na₂SO₄，CaSO₄+2NaF═CaF₂↓+Na₂SO₄
已知K_SP（CaF₂）=1.11×10^-10，K_SP（MgF₂）=7.40×10^-11，加入过量NaF溶液反应完全后过滤，则滤液中$\frac{c（C{a}^{2+}）}{c（M{g}^{2+}）}$=1.5．
（3）“沉淀”中含杂质离子主要有SO₄^2-、F^-、NH₄⁺和Na⁺；“操作X”包括洗涤和干燥．
（4）向氯化铜溶液中加入一定量的铁粉和铝粉混合物，充分反应后，下列情况可能出现的是ab
a．溶液中有Cu²⁺、Fe²⁺、Al³⁺，不溶物为Cu
b．溶液中有Fe²⁺、Al³⁺，不溶物为Cu、Fe
c．溶液中有Fe³⁺、Al³⁺，不溶物为Cu
d．溶液中有Fe²⁺，不溶物为Cu、Al
（5）某锂离子电池正极是LiCoO₂，含Li⁺导电固体为电解质．充电时，Li⁺还原为Li，并以原子形式嵌入电池负极材料碳-6（C₆）中（如图2所示）．电池反应为LiCoO₂+C₆ $?_{放电}^{充电}$CoO₂+LiC₆，写出该电池放电时的正极反应式CoO₂+Li⁺+e^-=LiCoO₂．

Answer 1

分析 水钴矿磨矿将矿石粉碎，增大接触面积，加快反应速率，加入稀硫酸，矿渣为SiO₂，滤液中含有：CoSO₄、Fe₂（SO₄）₃、MgSO₄、CaSO₄，加入碳酸钠，除去Fe₂（SO₄）₃，加入氟化钠，除去钙镁，过滤得主要含CoSO₄的溶液，加入草酸铵，通过沉淀、过滤、洗涤、干燥得到四水合草酸钴，
（1）根据原子守恒配平方程式；
（2）滤液中$\frac{c（C{a}^{2+}）}{c（M{g}^{2+}）}$=$\frac{Ksp（Ca{F}_{2}）}{Ksp（Mg{F}_{2}）}$；
（3）根据流程图中加入的物质分析，该沉淀中吸附易溶于水的离子；得到的沉淀要进行洗涤和干燥，才能得到较纯净、干燥的物质；
（4）铝和铁都能把位于其后的金属从其盐溶液中置换出来，但铝的活泼性强于铁，铝先与盐溶液反应，然后铁与与盐溶液反应；
（5）放电时，该电池是原电池，正极上得电子发生还原反应．

解答 解：水钴矿磨矿将矿石粉碎，增大接触面积，加快反应速率，加入稀硫酸，矿渣为SiO₂，滤液中含有：CoSO₄、Fe₂（SO₄）₃、MgSO₄、CaSO₄，加入碳酸钠，除去Fe₂（SO₄）₃，加入氟化钠，除去钙镁，过滤得主要含CoSO₄的溶液，加入草酸铵，通过沉淀、过滤、洗涤、干燥得到四水合草酸钴，
（1）根据原子守恒配平方程式，所以其方程式为3Fe₂（SO₄）₃+6H₂O+6Na₂CO₃=Na₂Fe₆ （SO₄）₄（OH）₁₂↓+5Na₂SO₄+6CO₂↑，故答案为：3，6，6，1，5，6；
（2）滤液中$\frac{c（C{a}^{2+}）}{c（M{g}^{2+}）}$=$\frac{Ksp（Ca{F}_{2}）}{Ksp（Mg{F}_{2}）}$=$\frac{1.1×1{0}^{-10}}{7.40×1{0}^{-11}}$=1.5，故答案为：1.5；
（3）该沉淀中吸附易溶于水的离子，根据流程图知，溶液中含有铵根离子和钠离子，所以沉淀上含有铵根离子和钠离子，得到的沉淀要进行洗涤和干燥才能得到较纯净、干燥的物质，故答案为：NH₄⁺；Na⁺；洗涤；干燥；
（4）a．铝粉、铁粉都全部与溶液反应，且溶液过量，溶液中有Cu²⁺、Fe²⁺、Al³⁺，不溶物为Cu，故a正确；
b．铝粉部分与溶液反应、铁粉与溶液未反应，溶液中有Fe²⁺、Al³⁺，不溶物为Cu、Fe，故b正确；
c．铝粉氯化铜溶液反应生成氯化亚铁和铜，不可能生成Fe³⁺，故c错误；
d．铝先与氯化铜溶液反应，然后铁与氯化铜溶液反应，只要铝剩余，铁与氯化铜溶液就不反应，溶液中就不可能含有Fe²⁺，故d错误；
故选：ab；
（5）放电时，该电池是原电池，正极上得电子发生还原反应，电极反应式为：CoO₂+Li⁺+e^-=LiCoO₂，故答案为：CoO₂+Li⁺+e^-=LiCoO₂．

点评 本题考查难溶电解质的溶解平衡、电极反应式的书写、物质的分离和提纯、物质性质的理解应用等知识点，难点是（2）题，明确溶度积常数的含义是解此题关键，电极反应式的书写是学习难点，要结合电解质溶液的酸碱性书写，难度中等．