Question

1．CoO是电子陶瓷所需的重要原料，工业上可用含有Co₂O₃、Fe₂O₃、Li和Al等物质的废料制备CoO．生产流程如图：

已知：①Li₂CO₃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

（1）为提高碱溶速率，除适当增大NaOH溶液浓度、提高反应温度外，还可采取的措施有将废料研磨成更小颗粒．
（2）步骤Ⅱ中酸溶时发生了反应：Co₂O₃+6H⁺+2Cl^-=2Co²⁺+Cl₂↑+3H₂O，此反应的目的是溶解Co₂O₃，将三价钴转化为Co²⁺，便于沉淀除去Fe³⁺．
（3）步骤Ⅲ中加入Na₂CO₃溶液的作用是调节溶液的pH，物质X的化学式为Fe（OH）₃．
（4）步骤Ⅲ中加入NaF对步骤Ⅳ所起的作用是降低溶液中Li⁺浓度，避免步骤Ⅵ中产生Li₂CO₃沉淀．
（5）操作A的步骤为过滤、洗涤、干燥，将所得的草酸钴晶体高温灼烧，其热重分析图如图：写出B点物质的化学式：CoO，CD段发生反应的化学方程式为：6CoO+O₂=2Co₃O₄．

Answer 1

分析 含钴废料中含有Co₂O₃、Fe₂O₃和少量Li、Al，向废料中加入NaOH溶液，只有Al和NaOH反应生成可溶性的NaAlO₂，Li和水反应生成微溶的LiOH，然后过滤得到滤渣Co₂O₃、Fe₂O₃ 和少量LiOH，滤液中含有NaOH和NaAlO₂，向滤渣中加入浓盐酸，发生反应Co₂O₃+6HCl=2CoCl₂+Cl₂↑+2H₂O、Fe₂O₃+8HCl=2FeCl₃+FeCl₂+4H₂O、LiOH+HCl=LioCl+H₂O，得到含有Co的溶液，向溶液中加入碳酸钠溶液和NaF溶液，得到可溶性的CoCO₃和Fe（OH）₃和LiF沉淀，过滤得到滤渣Fe（OH）₃和LiF，滤液中含有CoCO₃，向滤液中再加入碳酸钠溶液，得到CoCO₃固体，将CoCO₃溶液于盐酸和草酸铵的混合溶液，经过滤、洗涤、干燥得到草酸钴晶体，煅烧草酸钴晶体得到CoO，结合题目分析解答；
（1）固体溶液时为增加溶解速率，可通过将固体粉碎、玻璃棒搅拌、加热等措施来实现；
（2）步骤Ⅱ中酸溶时发生了反应Co₂O₃+6HCl=2CoCl₂+Cl₂↑+3H₂O，可将此反应改写为离子反应方程式；利用此反应可将Co₂O₃转化为可溶性钴盐溶液，同时有利于沉淀除去Fe³⁺；
（3）根据Fe³⁺、Co²⁺完全沉淀时溶液的pH，可利用来调节溶液pH，除去溶液里的Fe³⁺，得到Fe（OH）₃；
（4）根据LiF难溶于水，添加NaF溶液可除去溶液里的Li⁺，防止步骤Ⅵ中产生Li₂CO₃沉淀；
（5）欲得到生成的草酸钴晶体，可通过过滤、洗涤及干燥来达到目的；A为CoC₂O₄，n（CoC₂O₄）═0.1mol，m（Co）=0.1mol×59g/mol=5.9g，则B点时，固体中氧元素的物质的量为n（o）═0.1mol，可结合钴和氧原子的物质的量之比确定B点固体物质的化学式，另外C点氧化物的质量为8.03g，则n（O）═1.33mol，以此计算C点固体的化学式，推导出发生反应的化学方程式．

解答 解：含钴废料中含有Co₂O₃、Fe₂O₃和少量Li、Al，向废料中加入NaOH溶液，只有Al和NaOH反应生成可溶性的NaAlO₂，Li和水反应生成微溶的LiOH，然后过滤得到滤渣Co₂O₃、Fe₂O₃ 和少量LiOH，滤液中含有NaOH和NaAlO₂，向滤渣中加入浓盐酸，发生反应Co₂O₃+6HCl=2CoCl₂+Cl₂↑+2H₂O、Fe₂O₃+8HCl=2FeCl₃+FeCl₂+4H₂O、LiOH+HCl=LioCl+H₂O，得到含有Co的溶液，向溶液中加入碳酸钠溶液和NaF溶液，得到可溶性的CoCO₃和Fe（OH）₃和LiF沉淀，过滤得到滤渣Fe（OH）₃和LiF，滤液中含有CoCO₃，向滤液中再加入碳酸钠溶液，得到CoCO₃固体，将CoCO₃溶液于盐酸和草酸铵的混合溶液，经过滤、洗涤、干燥得到草酸钴晶体，煅烧草酸钴晶体得到CoO．（1）为提高碱溶速率，除适当增大NaOH溶液浓度、提高反应温度外，还可采取的措施有将废料研磨成更小颗粒，故答案为：将废料研磨成更小颗粒；
（2）步骤Ⅱ中酸溶时发生的离子反应为Co₂O₃+6H⁺+2Cl^-=2Co²⁺+Cl₂↑+3H₂O；发生此反应的目的是溶解Co₂O₃，将三价钴转化为Co²⁺，便于沉淀除去Fe³⁺，故答案为：Co²⁺、Cl₂；溶解Co₂O₃，将三价钴转化为Co²⁺，便于沉淀除去Fe³⁺；
（3）步骤Ⅲ中加入Na₂CO₃溶液的作用是调节溶液的pH，使溶液里的Fe³⁺完全转化为Fe（OH）₃，故答案为：调节溶液的pH；Fe（OH）₃；
（4）步骤Ⅲ中加入NaF对步骤Ⅳ所起的作用是降低溶液中Li⁺浓度，避免步骤Ⅵ中产生Li₂CO₃沉淀，故答案为：降低溶液中Li⁺浓度，避免步骤Ⅵ中产生Li₂CO₃沉淀；
（5）可通过过滤、洗涤及干燥草酸钴晶体；A为CoC₂O₄，n（CoC₂O₄）=$\frac{14.7g}{147g/mol}$=0.1mol，m（Co）=0.1mol×59g/mol=5.9g，则B点时，固体中氧元素的物质的量为n（o）=$\frac{7.5g-5.9g}{16g/mol}$=0.1mol，则钴与氧原子的物质的量之比为0.1mol：0.1mol=1：1，即B点固体物质的化学式为CoO，另外C点氧化物的质量为8.03g，则n（O）=$\frac{14.7g-8.03g}{16g/mol}$=0.133mol，钴与氧原子的物质的量之比为0.1mol：0.133mol=3：4，可知C点固体的化学式为Co₃O₄，推导出发生反应的化学方程式为6CoO+O₂=2Co₃O₄；故答案为：过滤、洗涤、干燥；CoO；6CoO+O₂=2Co₃O₄．

点评 本题考查了物质提纯和分离的工业制备流程分析判断及运用守恒法的基本计算，为高考常见题型，侧重于学生的分析能力、实验能力和计算能力的考查，把握实验过程的分析应用，主要是物质性质的理解应用，题目难度较大．