Question

【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，某学生设计流程如图(废料中含有Al、Li、Co2O3和Fe2O3等物质)。

已知：物质溶解性：LiF难溶于水，Li2CO3微溶于水

请回答：

(1)Ⅰ中发生反应的化学方程式为______________________。如是氧化还原反应，在方程式中用单线桥标记电子转移：_________________________。如不是此步略。

(2)写出步骤Ⅰ中Co2O3与盐酸反应生成Cl2的离子方程式：_____________________。

(3)废渣中的主要成分除了LiF外，还有____________________。

(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___________________。

(5)在空气中加热10.98g草酸钴晶体(CoC2O4·2H2O)样品，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。已知：M(CoC2O4·2H2O)=183g/mol。

温度范围/℃	固体质量/g
150～210	8.82
290～320	4. 82
890～920	4.5

经测定，加热到210℃时，固体物质的化学式为__________________。加热到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_________________________。温度高于890℃时，固体产物发生分解反应，固体产物为________________。

Answer 1

【答案】 2Al+2NaOH+2H2O= 2NaAlO2+3H2 ↑ Co2O3+6H++2Cl=2Co2++Cl2↑+3H2O Fe(OH)3 防止锂离子结合碳酸根离子形成碳酸锂沉淀 CoC2O4 3CoC2O4 +2O2 =Co3O4+6CO2 CoO

【解析】（1）Al在碱性条件下与氢氧化钠反应生成氢气还有偏铝酸钠，反应为：2Al+2NaOH+2H2O= 2NaAlO2+3H2 ↑，进行单线桥表示时，要改成6mol水，反应中的氧化剂是水，。

（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，反应为：Co2O3+ 6H++2Cl =2Co2++Cl2↑+3H2O。

（3）调节pH的目的是为了使铁离子转化为氢氧化铁沉淀，从而除去铁元素杂质。

（4）在步骤Ⅲ中形成LiF沉淀，可以除去大量的锂离子，避免在步骤Ⅳ中形成碳酸锂沉淀，以保证得到的碳酸钴的纯度。

（5）计算晶体物质的量n=10.98÷183=0.06mol，失去结晶水应为0.12mol，固体质量变化=0.12×18=2.16g，图表数据可知，150℃～210℃固体质量变化为10.98-8.82=2.16g，说明210℃失去结晶水得到CoC2O4。210℃～290℃过程中是CoC2O4发生反应，产生的气体只有CO2 ，依据元素守恒得到生成CO2物质的量为0.12mol，质量为0.12×44=5.28g，但是固体质量共计减小为8.82g-4.82g=4g，说明有气体参加反应，这个气体只能为氧气，则反应的氧气质量为5.28-4=1.28g，O2物质的量为1.28÷32=0.04mol。所以n（CoC2O4）：n（O2）：n（CO2）= 3：2：6，所以方程式为：3CoC2O4 + 2O2 =Co3O4+6CO2。温度高于890℃时，固体产物发生分解反应，得到固体的质量为4.5g，其中含有钴元素的质量为0.06×59=3.54g，所以固体中含有氧元素的质量为0.96g，其物质的量为0.06mol，所以化学式为CoO。