题目内容

10．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难溶于水，Li2CO3微溶于水；
②部分金属离子形成氢氧化物沉淀的pH见表：
Fe3+Co2+Co3+Al3+
pH（开始沉淀）1.97.15-0.233.4
pH（完全沉淀）3.29.151.094.7
请回答：
（1）步骤Ⅰ中得到含铝溶液的反应的离子方程式2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑．
（2）步骤Ⅱ中Co2O3与盐酸反应的离子方程式Co2O3+6H++2Cl-=2Co2++Cl2↑+3H2O．
（3）步骤Ⅲ中Na2CO3溶液的作用是调节溶液的pH，应调节溶液的pH范围是3.2-7.15；废渣中的主要成分为Fe（OH）3、LiF．
（4）步骤Ⅲ中NaF参与的反应对步骤Ⅳ所起的作用是降低溶液中Li+浓度，避免步骤Ⅳ中产生Li2CO3沉淀．
（5）在空气中加热5.49g草酸钴晶体（CoC2O4•2H2O）样品，[M （CoC2O4•2H2O）=183g/mol]受热过程中不同温度范围内分别得到一种固体物质，其质量如表．
温度范围/℃固体质量/g
150～2104.41
290～3202.41
890～9202.25
经测定，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3CoC2O4+2O2 $\frac{\underline{\;210℃-290℃\;}}{\;}$Co3O4+6CO2．

分析 废料加入氢氧化钠溶液碱浸，得到钴渣，加入盐酸溶解后发生氧化还原反应，氧化钴氧化氯离子为氯气，过滤得到酸溶的溶液加入碳酸钠溶液和NaF溶液净化，除去锂离子和铁离子，在滤液中加入碳酸钠溶液沉淀钴离子为碳酸钴沉淀，加入盐酸和草酸铵溶液得到草酸钴晶体，高温分解得到氧化钴．
（1）步骤Ⅰ中得到含铝溶液是铝和氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和氢气；
（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；
（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，废渣中的主要成分为Fe（OH）3、LiF；
（4）NaF与溶液中的Li+形成LiF沉淀，防止锂离子结合碳酸根离子形成碳酸锂沉淀；
（5）依据n=$\frac{m}{M}$计算5.49g晶体CoC2O4•2H2O的物质的量，失去结晶水应为CoC2O4•2H2O的物质的量的两倍，失去结晶水为固体质量变化量，图表数据可知，150～210℃固体质量变化=5.49g-4.41g=1.08g，比较相关数据可说明210°C失去结晶水得到CoC2O4，210～290℃过程中是CoC2O4发生的反应，210～290℃过程中产生的气体只有CO2 ，依据元素守恒得到生成CO2物质的量为0.06mol，质量=0.06mol×44g/mol=2.64g，气体质量共计减小=4.41g-2.41g=2g，说明不是分解反应，参加反应的还有氧气，则反应的氧气质量=2.64g-2g=0.64g，依据原子守恒配平书写反应的化学方程式．

解答 解：（1）步骤Ⅰ中得到含铝溶液是铝和氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和氢气，反应的化学方程式为：2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑；
故答案为：2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑；
（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，反应的离子方程式：Co2O3+6H++2Cl-=2Co2++Cl2↑+3H2O
故答案为：Co2O3+6H++2Cl-=2Co2++Cl2↑+3H2O；
（3）步骤Ⅲ中Na2CO3溶液的作用是调节溶液的pH，沉淀铁离子，依据表中数据分析判断应使溶液的pH超过3.2，但不能沉淀钴离子，应使溶液的pH不超过7.15，废渣中的主要成分除了LiF外还有Fe（OH）3；
故答案为：3.2-7.15；Fe（OH）3、LiF；
（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，降低溶液中Li+浓度，避免步骤Ⅳ中产生Li2CO3沉淀；
故答案为：降低溶液中Li+浓度，避免步骤Ⅳ中产生Li2CO3沉淀；
（5）计算晶体物质的量n=$\frac{5.49g}{183g/mol}$=0.03mol，失去结晶水应为0.06mol，固体质量变化=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210°C失去结晶水得到CoC2O4，210～290℃过程中是CoC2O4发生的反应，210～290℃过程中产生的气体只有CO2 ，依据元素守恒得到生成CO2物质的量为0.06mol，质量=0.06mol×44g/mol=2.64g，气体质量共计减小=4.41g-2.41g=2g，说明不是分解反应，参加反应的还有氧气，则反应的氧气质量=2.64g-2g=0.64g，O2物质的量=$\frac{0.64g}{32g/mol}$=0.02mol；n（CoC2O4）：n（O2）：n（CO2）=0.03：0.02：0.06=3：2：6，依据原子守恒配平书写反应的化学方程式为3CoC2O4+2O2 $\frac{\underline{\;210℃-290℃\;}}{\;}$Co3O4+6CO2，
故答案为：3CoC2O4+2O2 $\frac{\underline{\;210℃-290℃\;}}{\;}$Co3O4+6CO2．

点评 本题考查了流程分析判断，物质性质的理解应用，主要是固体受热过程中质量变化来计算及化学方程式书写，掌握基础是关键，题目难度中等．

练习册系列答案
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（5）利用I2的氧化性可测定钢铁中硫的含量．做法是将钢铁中的硫转化为H2SO3，然后以淀粉为指示剂，用一定浓度的I2溶液进行滴定．综合上述各步反应及已有知识，可推知氧化性强弱关系正确的是abd（填序号）．
a．Fe3+＞I2        b．O3＞Fe3+        c．I2＞O2        d．I2＞SO42-．
15．下列说法不正确的是（　　）
A．“臭氧空洞”“温室效应”“光化学烟雾”“硝酸型酸雨”的形成过程都与氮氧化合物有关
B．石油裂解、煤的气化、海水制镁、石油中提取石蜡等过程中都包含化学变化
C．低碳经济就是以低耗能、低污染、低排放为基础的经济发展模式
D．可利用丁达尔效应鉴别氢氧化铁胶体和氯化铁溶液
2．2015年诺贝尔奖获得者屠呦呦提取的抗疟新药青蒿素的结构简式，用键线式表示如图．
（1）青蒿素的分子式为C15H22O5．
（2）为了引入过氧基，需要在有机合成中引入羟基，引入羟基的反应类型有①②⑤．（选填编号）
①取代  ②加成  ③消去  ④酯化  ⑤还原
天然香草醛（  ）可用于合成青蒿素，合成天然香草醛的反应如下：
C8H10O3$→_{①}^{NaOH溶液}$A$→_{②}^{O_{2}催化剂}$B$→_{③}^{H+}$
（3）步骤①③的作用是保护酚羟基，避免被氧化．
（4）C8H10O3的结构简式：．
（5）C与这种天然香草醛互为同分异构体，写出符合下列条件的C的一种结构简式（其中之一）．
①有苯环；②能水解；③能发生银镜反应；④遇FeCl3溶液发生显色反应．⑤核磁共振氢谱有5个峰．
19．.X、Y、Z、Q、E、W六种元素中，X原子核外的M层中只有两对成对电子，Y原子核外的L层电子数是K层的两倍，Z是地壳内含量（质量分数）最高的元素，Q的核电荷数比X与Z的核电荷数之和多1，E在元素周期表的各元素中电负性最大，W原子的L层电子数与最外层电子数之比为4：1，其d轨道中的电子数与最外层电子数之比为5：1．
请回答下列问题：
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（4）Q的元素符号是Mn，它属于第VIIB族，在形成化合物时它的最高化合价为+7；
（5）W的元素符号Zn，属于ds区，其基态原子的外围电子排布式是3d104s2．
20．现有三组混合液：①乙酸乙酯和乙酸钠溶液  ②乙醇和丁醇  ③溴化钠和单质溴的水溶液，分离以上各混合液的正确方法依次是③
①分液、萃取、蒸馏 ②萃取、蒸馏、分液 ③分液、蒸馏、萃取 ④蒸馏、萃取、分液．

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