Question

13．某工业废料中主要含有Al₂O₃、Co₂O₃•CoO、少量Fe₃O₄等金属氧化物（Co₂O₃•CoO不与强碱反应）．实验室科技人员欲将之分离并制备相关物质，设计流程如下：

（1）过程Ⅰ中的操作名称是过滤，写出过程Ⅰ发生反应的化学方程式Al₂O₃+2NaOH═2NaAlO₂+H₂O．
（2）溶液a中含有金属离子有Co²⁺、Fe³⁺．
（3）溶液a中逸出的黄绿色气体是氯气，下列说法不正确的是①、④．
①氯气是有漂白性的酸性气体
②液氯和氯水均为液体，且都含有氯分子
③将氯气通入碱液时，氯气既是氧化剂，又是还原剂
④次氯酸见光易分解，说明次氯酸是弱酸
⑤向氯水中滴硝酸银溶液，有白色沉淀生成，说明氯水中含Cl^-
（4）写出过程Ⅱ发生反应的离子方程式：2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-═2FeO₄^2-+5H₂O+3Cl^-．
高铁电池的总反应为：3Zn+2K₂FeO₄+8H₂O$?_{充电}^{放电}$3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4KOH
则充电时阳极反应式为Fe（OH）₃-3e^-+5OH^-═FeO₄^2-+4H₂O．
（5）Co可以形成CoC₂O₄•2H₂O（M为183g/mol），5.49g该晶体在空气中加热，在不同温度下分别得到一种固体物质，其质量如表：

温度范围（℃）	固体质量（g）
150-210	4.41
290-320	2.41
890-920	2.25

经测定，210℃～290℃过程中，产生的气体只有CO₂，则此过程发生的化学反应方程式为：3CoC₂O₄+2O₂$\frac{\underline{\;210℃～290℃\;}}{\;}$Co₃O₄+6CO₂．

Answer 1

分析 工业废料中主要含有Al₂O₃、Co₂O₃•CoO、少量Fe₃O₄等，加入氢氧化钠发生反应的是两性氧化物氧化铝，经过滤，滤渣中含Co₂O₃•CoO、少量Fe₃O₄，加入盐酸，三价钴氧化亚铁离子和氯离子，生成二氯化钴、氯化铁和氯气，然后调节溶液的PH使铁离子沉淀，过滤得到氢氧化铁和滤液，由此分析解答；
（1）过程Ⅰ中的操作名称是过滤；氧化铝与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和水，化学方程式为：Al₂O₃+2NaOH═2NaAlO₂+H₂O；
（2）溶液a中含有金属离子有Co²⁺、Fe³⁺；
（3）①氯气与水反应生成的次氯酸有漂白性；
②液氯和氯水均为液体，且都含有氯分子；
③将氯气通入碱液时，生成+1价的次氯酸钠和-1价的氯化钠，氯的化合价有升也有降，所以氯气既是氧化剂，又是还原剂；
④次氯酸见光易分解，说明次氯酸不稳定性；
⑤向氯水中滴硝酸银溶液，有白色沉淀氯化银生成，说明氯水中含Cl^-；
（4）过程Ⅱ是将氢氧化铁氧化成高铁酸钾，发生反应的离子方程式为：2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-═2FeO₄^2-+5H₂O+3Cl^-；电解池的阳极发生氧化反应，电极反应式为：Fe（OH）₃-3e^-+5OH^-═FeO₄^2-+4H₂O；
（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℃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，依据原子守恒配平书写反应的化学方程式．

解答 解：（1）过程Ⅰ中的操作名称是过滤；氧化铝与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和水，化学方程式为：Al₂O₃+2NaOH═2NaAlO₂+H₂O，故答案为：过滤；Al₂O₃+2NaOH═2NaAlO₂+H₂O；
（2）溶液a中含有金属离子有Co²⁺、Fe³⁺，故答案为：Co²⁺、Fe³⁺；
（3）①氯气与水反应生成的次氯酸有漂白性，而不是氯气的漂白性，故错误；
②液氯和氯水均为液体，且都含有氯分子，故正确；
③将氯气通入碱液时，生成+1价的次氯酸钠和-1价的氯化钠，氯的化合价有升也有降，所以氯气既是氧化剂，又是还原剂，故正确；
④次氯酸见光易分解，说明次氯酸不稳定性，故错误；
⑤向氯水中滴硝酸银溶液，有白色沉淀氯化银生成，说明氯水中含Cl^-，故正确；
故选：①、④；
（4）过程Ⅱ是将氢氧化铁氧化成高铁酸钾，发生反应的离子方程式为：2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-═2FeO₄^2-+5H₂O+3Cl^-；电解池的阳极发生氧化反应，电极反应式为：Fe（OH）₃-3e^-+5OH^-═FeO₄^2-+4H₂O，故答案为：2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-═2FeO₄^2-+5H₂O+3Cl^-；Fe（OH）₃-3e^-+5OH^-═FeO₄^2-+4H₂O；
（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，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，说明说明有气体参加反应应为氧气，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 本题通过从某工业废料中回收钴的工艺流程考查了化学方程式、离子方程式书写，确各个阶段固体成分及先后分解生成物成分是解本题关键，题目难度中等．