Question

【题目】电子级钴的氧化物用于半导体工业和电子陶瓷等领域，是一种纯度很高的氧化物。现从废料（含Co3O4、Al、Si、Li2O、Fe2O3等物质）中提纯电子级钴的氧化物，其工业制取流程如下：

已知：

①物质的溶解性：LiF难溶于水，Li2CO3微溶于水；②钴元素常见的化合价为+ 2和+ 3；

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

（1）废料在处理前要粉碎，其主要目的是（回答两个方面）___________；

步骤I得到的滤液A中的溶质为___________（填化学式）。

（2）步骤II中有黄绿色气体生成，有关含钴化合物发生反应的离子方程式为_________。

（3）步骤III中Na2CO3溶液的作用是调节溶液的pH，应使溶液的pH的取值范围为___________；滤渣B的主要成分为____________。

（4）步骤I、III、IV中均用到的分离提纯方法为_______，在实验室中完成该操作用到的玻璃仪器是__。

（5）5.49gCoC2O4·2H2O（其相对分子质量为183）经过反复洗涤、干燥后，进行灼烧，其热重分析如下表。

温度范围/℃	固体质量/g
150～210	4.41
290～320	2.25
400～500	2.41

290℃～320℃时若生成两种气体，则发生反应的化学方程式为___________，400℃～500℃所得固体的化学式为__________。

Answer 1

【答案】 增加反应物的接触面积，加快化学反应速率，提高原料利用率等 NaAlO2、Na2SiO3 Co3O4+8H++2Cl－=3Co2++Cl2↑+4H2O 3.2≤pH＜7.15 LiF、Fe(OH)3 过滤 烧杯、漏斗、玻璃棒 CoC2O4CoO+CO↑+CO2↑ Co3O4

【解析】试题分析：本题电子级钴的氧化物制备的工艺流程为载体考查学生用所学知识分析问题、解决问题的能力；考查点有影响化学反应速率的因素，离子方程式的书写，化学实验基本操作和化学计算，题目难度较大。

解答：分析题给化学工艺流程和信息知废料中加入足量NaOH溶液浸取，发生反应：2Al+2NaOH+2H2O==2NaAlO2+3H2↑、Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2↑，过滤，滤液A为偏铝酸钠和硅酸钠的混合液，滤渣为钴渣，向钴渣中加浓盐酸，发生反应：Fe2O3+6HCl==2FeCl3+3H2O、Co3O4+8H++2Cl－=3Co2++Cl2↑+4H2O、Li2O+2HCl==2LiCl+H2O，浸出液为氯化铁、二氯化钴和氯化锂的混合液，加入20%碳酸钠溶液将Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀、加入NaF溶液将Li+转化为LiF沉淀，过滤，滤渣B为氢氧化铁和氟化锂的混合物；向滤液B中加入草酸铵生成草酸钙晶体（沉淀），经洗涤、干燥、灼烧得电子级钴的氧化物。

（1）废料在处理前要粉碎，其主要目的是增加反应物的接触面积，加快化学反应速率，提高原料利用率等；步骤I得到的滤液A中的溶质为NaAlO2、Na2SiO3 。

（2）根据题给信息知Co3O4与浓盐酸反应生成二氯化钴、氯气和水，利用化合价升降法结合原子守恒、电荷守恒配平，该反应的离子方程式为Co3O4+8H++2Cl－=3Co2++Cl2↑+4H2O 。

（3）步骤III中Na2CO3溶液的作用是调节溶液的pH，为保证Fe3+沉淀完全而Co2+不沉淀，结合表中数据分析应使溶液的pH的取值范围为3.2≤pH＜7.15；滤渣B的主要成分为LiF、Fe(OH)3 。

（4）步骤I、III、IV为分离固体和液体混合物的操作，方法为过滤，在实验室中完成该操作用到的玻璃仪器是烧杯、漏斗和玻璃棒。

（5）草酸钙晶体物质的量为n=5.49g÷183g/mol=0.03mol，加热，失去结晶水的物质的量为0.06mol，固体质量变化为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150~210℃失去结晶水得到CoC2O4，210～290℃过程中是CoC2O4发生分解反应生成两种气体，依据元素守恒知只能为CO和CO2，固体物质中钴的质量为0.03mol×59g/mol=1.77g，氧元素的质量为2.25g-1.77g=0.48g，物质的量为0.48g÷16g/mol=0.03mol，Co、O原子个数比为1:1，固体物质的化学式为CoO，则发生反应的化学方程式为CoC2O4CoO+CO↑+CO2↑；400℃~500℃时2.41g固体中氧元素的质量为2.41g-1.77g=0.64g，物质的量为0.04mol，钴、氧原子的物质的量之比为3:4，化学式为Co3O4。