题目内容
【题目】钴（Co）及其化合物在工业上有广泛应用。为从某工业废料中回收钴，某学生设计流程如下（废料中含有Al、Li、Co2O3和Fe2O3等物质）。
已知：①物质溶解性：LiF难溶于水，Li2CO3微溶于水；
②部分金属离子形成氢氧化物沉淀的pH见下表：
| Fe3+ | Co2+ | Co3+ | Al3+ |
pH（开始沉淀） | 1.9 | 7.15 | -0.23 | 3.4 |
pH（完全沉淀） | 3.2 | 9.15 | 1.09 | 4.7 |
请回答：
（1）步骤Ⅰ中得到含铝溶液的反应的离子方程式 。
（2）步骤Ⅱ中Co2O3与盐酸反应的离子方程式 。
（3）步骤Ⅲ中Na2CO3溶液的作用是调节溶液的pH，应调节溶液的pH范围是 ；废渣中的主要成分为 。
（4）步骤Ⅲ中NaF参与的反应对步骤Ⅳ所起的作用是
（5）在空气中加热5.49 g草酸钴晶体（CoC2O4·2H2O）样品，[M(CoC2O4·2H2O) = 183 g/mol ] 受热过程中不同温度范围内分别得到一种固体物质，其质量如下表。
温度范围/℃ | 固体质量/ g |
150~210 | 4.41 |
290~320 | 2.41 |
890~920 | 2.25 |
经测定，210~290℃过程中产生的气体只有CO2，此过程发生反应的化学方程式是
【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+浓度，避免步骤Ⅳ中产生Li2CO3沉淀。
（5）3CoC2O4+ 2O2
Co3O4+ 6CO2
【解析】
试题分析：（1）步骤Ⅰ中得到含铝溶液是铝和氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和氢气，反应的化学方程式为2Al + 2OH-+ 2H2O = 2AlO2－+ 3H2↑；
（2）氧化钴氧化盐酸溶液中氯化氢为氯气，结合原子守恒和电子守恒分析配平书写离子方程式，钴元素化合价降低为+2价．氯元素化合价-1价变化为0价，反应的离子方程式Co2O3 + 6H+ + 2Cl- = 2Co2++ Cl2↑+ 3H2O；
（3）根据流程图可知，步骤Ⅲ中加Na2CO3溶液的作用是调节溶液的pH，沉淀铁离子，但不能沉淀钴离子，依据表中数据分析判断调节溶液的pH范围是3.2—7.15；加入碳酸钠溶液调节pH值，使Fe3＋转化为Fe(OH)3，加入NaF，使Li＋转化为LiF沉淀，所以废渣中的主要成分是Fe(OH)3、LiF。
（4）NaF与溶液中的Li+形成LiF沉淀，此反应对步骤Ⅳ所起的作用是降低溶液中Li+浓度，避免步骤Ⅳ中产生Li2CO3沉淀；
（5）计算晶体物质的量n=5.49g÷183g/mol=0.03mol，失去结晶水应为0.06mol，固体质量变化=0.06mol×18g/mol=1.08g，图表数据可知，150～210固体质量变化=5.49g=4.41g=1.08g，说明210°C失去结晶水得到CoC2O4，210～290℃过程中是CoC2O4发生的反应，产生的气体只有CO2，依据元素守恒得到生成CO2物质的量为0.06mol，质量=0.06mol×44g/mol=2.64g，气体质量共计减小=4.41g-2.41g =2g，说明说明有气体参加反应，该气体应为氧气，则反应的氧气的质量=2.64g-2g=0.64g，O2物质的量=0.64g÷32g/mol=0.02mol；n（CoC2O4）：n（O2）：n（CO2）=0.03：0.02：0.06=3：2：6，依据原子守恒配平书写反应的化学方程式为3CoC2O4+ 2O2 Co3O4+ 6CO2。
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