Question

3．一种含铝、锂、钴的新型电子材料，生产中产生的废料数量可观，废料中的铝以金属铝箔的形式存在；钴以Co₂O₃•CoO的形式存在，吸附在铝箔的单面或双面，锂混杂于其中，从废料中回收氧化钴（CoO）的工艺流程如图：

（1）过程Ⅰ中采用NaOH溶液溶出废料中的Al，反应的离子方程式为2Al+2OH^-+2H₂O=+2AlO₂^-+3H₂↑．
（2）过程Ⅱ中加入稀H₂SO₄酸化后，再加入Na₂S₂O₃溶液浸出钴．则浸出钴的化学反应方程式为（产物中只有一种酸根）4Co₂O₃•CoO+Na₂S₂O₃+11H₂SO₄=12CoSO₄+Na₂SO₄+11H₂O．在实验室模拟工业生产时，也可用盐酸浸出钴，但实际工业生产中不用盐酸，请从反应原理分析不用盐酸浸出钴的主要原因Co₂O₃•CoO可氧化盐酸产生Cl₂，污染环境．
（3）过程Ⅲ得到锂铝渣的主要成分是LiF和Al（OH）₃，碳酸钠溶液在产生Al（OH）₃时起重要作用，请写出该反应的离子方程式2Al³⁺+3CO₃^2-+3H₂O=2Al（OH）₃↓+3CO₂↑．
（4）碳酸钠溶液在过程Ⅲ和Ⅳ中所起作用有所不同，请写出在过程Ⅳ中起的作用是调整pH，提供CO₃^2-，使Co²⁺沉淀为CoCO₃．
（5）在Na₂CO₃溶液中存在多种粒子，下列各粒子浓度关系正确的是BD（填序号）．
A、c（Na⁺）=2c（CO₃^2-）
B、c（Na⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（HCO₃^-）
C、c（HCO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）
D、c（OH^-）-c（H⁺）═c（HCO₃^-）+2c（H₂CO₃）
（6）CoO溶于盐酸可得粉红色的CoCl₂溶液．CoCl₂含结晶水数目不同而呈现不同颜色，利用蓝色的无水CoCl₂吸水变色这一性质可制成变色水泥和显隐墨水．如图是粉红色的CoCl₂•6H₂O晶体受热分解时，剩余固体质量随温度变化的曲线，A物质的化学式是CoCl₂•2H₂O．

Answer 1

分析 操作Ⅰ利用了铝能溶解在氢氧化钠溶液的性质，将铝从废料中分离出来，过滤后得到含Co₂O₃•CoO的钴渣，再用酸溶解过滤后得到含Co³⁺及Al³⁺、Li⁺的滤液，通过调整溶液的pH得到Al（OH）₃和LiF沉淀，再过滤得到含Co³⁺的滤液，再滴加Na₂CO₃溶液得到CoCO₃沉淀，经过滤、洗涤沉淀，最后将CoCO₃进行加热分解可得CoO粉末，
（1）铝和氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和氢气，注意该反应中水是反应物；
（2）Co₃O₄和Na₂S₂O₃在酸性条件下发生氧化还原反应生成CoSO₄、Na₂SO₄和H₂O，盐酸具有还原性，能被Co₂O₃•CoO氧化生成有毒的氯气而污染环境；（3）根据铝离子水解显酸性，碳酸根离子水解显碱性，二者在同溶液里会发生双水解生成氢氧化铝和二氧化碳；
（4）碳酸钠溶液在过程Ⅳ中调整pH，提供CO₃^2-，使Co²⁺沉淀为CoCO₃；
（5）A．根据电荷书恒判断；
B．根据碳酸根离子发生水解以及水的电离判断出离子浓度的大小；
C．根据碳酸根离子发生水解以及水的电离判断出离子浓度的大小；
D．根据质子守恒判断；
（6）根据关系式CoCl₂•6H₂O～CoCl₂求出CoCl₂•6H₂O的质量，然后再根据差量法求出A物质的化学式．

解答 解：（1）铝和氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和氢气，反应的离子反应方程式为：2Al+2OH^-+2H₂O=+2AlO₂^-+3H₂↑，
故答案为：2Al+2OH^-+2H₂O=+2AlO₂^-+3H₂↑；
（2）Co₃O₄和Na₂S₂O₃在酸性条件下发生氧化还原反应生成CoSO₄、Na₂SO₄和H₂O，反应方程式为：4Co₃O₄+Na₂S₂O₃+11H₂SO₄=12CoSO₄+Na₂SO₄+11H₂O，所以加入Na₂S₂O₃的作用是还原Co³⁺，盐酸具有还原性，能被Co₂O₃•CoO氧化生成有毒的氯气而污染环境，所以不能盐酸，
故答案为：4Co₂O₃•CoO+Na₂S₂O₃+11H₂SO₄=12CoSO₄+Na₂SO₄+11H₂O；Co₂O₃•CoO可氧化盐酸产生Cl₂，污染环境；
（3）铝离子能与碳酸根离子发生双水解生成氢氧化铝和二氧化碳，水解的离子方程式为：2Al³⁺+3CO₃^2-+3H₂O=2Al（OH）₃↓+3CO₂↑；
故答案为：2Al³⁺+3CO₃^2-+3H₂O=2Al（OH）₃↓+3CO₂↑；
（4）碳酸钠溶液在过程Ⅳ中调整pH，提供CO₃^2-，使Co²⁺沉淀为CoCO₃；
故答案为：调整pH，提供CO₃^2-，使Co²⁺沉淀为CoCO₃；
（5）A．Na₂CO₃溶液中电荷守恒：c（Na⁺）+c（H⁺）=c（HCO₃^-）+c（OH^-）+2c（CO₃^2-），故A错误；
B．碳酸根离子发生水解以及水的电离，所以溶液中离子浓度：c（Na⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（H⁺），故B正确；
C．碳酸根离子发生水解以及水的电离，所以溶液中离子浓度：c（Na⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（H⁺），故C错误；
D．Na₂CO₃溶液中质子守恒：c（H⁺）═c（OH^-）+c（HCO₃^-）+2c（H₂CO₃），故D正确；
故选：BD；
（6）CoCl₂•6H₂O～CoCl₂
         238                130
        m                  65mg
      $\frac{238}{m}$=$\frac{130}{65mg}$  解得：m=119mg
A物质的化学式为CoCl₂•nH₂O，则有：
CoCl₂•6H₂O～CoCl₂•nH₂O△m
238                                 18（6-n）
119mg                            119mg-83mg
$\frac{238}{119mg}$=$\frac{18（6-n）}{119mg-83mg}$，解得：n=2，
所以A物质的化学式为：CoCl₂•2H₂O；
故答案为：CoCl₂•2H₂O．

点评 本题考查了金属及其化合物的性质，考查氧化还原反应、离子反应、关系式计算等，难度中等，关键根据实验流程利用氧化还原反应判断发生的离子反应，是对学生综合能力的考查，是一道不错的能力考查题．