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、CoCO3难溶于水，Li2CO3微溶于水；
② Co2O3有强氧化性，能氧化盐酸；
③ 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是________________。
（2） 步骤D中加人盐酸的作用是________________。
（3） 步骤III中Na2CO3溶液的作用是调节溶液的PH，应使溶液的pH控制在_____(填范围），废渣I中的成分有________________。
（4） 步骤V中产生CoCO3的离子方程式是________________。
（5） 滤渣II用硫酸处理后用三室式电渗析法电解可得LiOH溶液和稀硫酸。则离子交换膜c为__________(填“阴”或“阳”)离子交换膜，随着电解的进行，阴极区pH将_________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
（6） 向所得LiOH溶液中加入NH4HCO3即可得到Li2CO3。工业上以碳酸锂和碳酸钴在空气中高温煅烧制备锂离子电池的正极材料钴酸锂 (LiCoO2)时，还会产生一种三原子构成的直线型气体分子，该分子的电子式为_______________，写出工业上用上述方法制备钴酸锂的化学反应方程式___________________。
（7） 某锂离子充电时电池的总反应为C6+ LiCoO2==LixC6+Li1-xCoO2，该锂离子电池放电时正极的电极反应式为__________________。
【答案】（1）2A1+2OH- +2H2O＝2AlO2-+3H2↑（1分）
（2）溶解Li、Co2O3和Fe2O3，且将+3价钴还原成+2价钴（1分）
（3）3．2<pH<7.15(1分) Fe(OH)3（1分）
（4）Co2++2HCO3- =CoCO3↓+H2O+CO2↑（1分）
（5）阴（1分）增大（1分）（6）
(1分)
2Li2CO3+4CoCO3+O2
4LiCoO2+ 6CO2(2分)
（7）Li1-xCoO2+xe-+xLi+=LiCoO2(2分)
【解析】
试题分析：（1）步骤Ⅰ中铝与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和氢气，反应的离子方程式为2A1+2OH- +2H2O＝2AlO2-+3H2↑；
（2）Co2O3与盐酸反应生成Cl2，反应中钴元素化合价降低为+2价，因此盐酸的作用是溶解Li、Co2O3和Fe2O3，且将+3价钴还原成+2价钴；
（3）依据表中数据分析判断加入碳酸钠调节溶液pH，沉淀铁离子和锂离子，但不能沉淀钴离子，步骤Ⅲ中Na2CO3溶液的作用是调节溶液的pH，应使溶液的pH不超过7.15，因此范围是3．2<pH<7.15，废渣中的主要成分为Fe（OH）3；
（4）步骤V加入碳酸氢铵，其中产生CoCO3的离子方程式是Co2++2HCO3- =CoCO3↓+H2O+CO2↑；
（5）阳极区氢氧根放电，因此阳极区产生硫酸，则c交换膜是阴离子交换膜。阴极区氢离子放电，产生氢氧根，所以随着电解的进行，阴极区pH将增大；
（6）三原子构成的直线型气体分子应该是CO2，该分子的电子式为
，工业上用上述方法制备钴酸锂的化学反应方程式为2Li2CO3+4CoCO3+O24LiCoO2+ 6CO2；
（7）某锂离子充电时电池的总反应为C6+ LiCoO2==LixC6+Li1-xCoO2，该锂离子电池放电时正极是充电时阳极反应的逆反应，则电极反应式为Li1-xCoO2+xe-+xLi+＝LiCoO2。
