Question

【化学——选修2：化学与技术】（15分）

某矿石中除含SiO2外，还有9.24% CoO、2.78% Fe2O3、0.96% MgO、0.084 % CaO，从该矿石中提取钴的主要工艺流程如下：

（1）在一定浓度的H2SO4溶液中，钴的浸出率随时间、温度的变化如右图所示。考虑生产成本和效率，最佳的浸出时间为         小时，最佳的浸出温度为          ℃。

（2）请配平下列除铁的化学方程式：

   Fe2(SO4)3+  H2O+  Na2CO3=  Na2Fe6(SO4)4(OH)12↓+   Na2SO4+   CO2↑   

（3）“除钙、镁”的原理反应如下：MgSO4+2NaF=MgF2↓+Na2SO4；

CaSO4+2NaF=CaF2↓+Na2SO4。已知KSP(CaF2)=1.11×10-10、KSP(MgF2)=7.40×10-11，加入过量NaF溶液反应完全后过滤，则滤液中的c(Ca2+)/c(Mg2+)=            。

（4）“沉淀”中含杂质离子主要有                     ；“操作X”名称为              。

（5）某锂离子电池正极是LiCoO2，含Li+导电固体为电解质。充电时，Li+还原为Li，并以原子形式嵌入电池负极材料碳-6(C6)中，电池反应为LiCoO2 + C6       CoO2 + LiC6。LiC6中Li的化合价为      价。若放电时有1mole－转移，正极质量增加    g。

Answer 1

【知识点】难溶电解质的溶解平衡 、物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

【答案解析】（1）12     （2分）       90     （2分）

（2）3 ，6，6，1，5，6（2分）（3）1.50（2分）

（4）SO42-、NH4+、Na+（2分）洗涤、干燥（2分）      （5）0（1分）     7g（2分）

解析：(1) 根据图知，时间越长浸出率越高，温度越高，浸出率越高，但浸出12小时后，90℃和120℃浸出率变化不大，且时间过长、温度过高导致成本较大，所以最佳的浸出时间为12小时，最佳的浸出温度为90°

反应是非氧化还原反应，只需根据原子守恒来配平即可：         

 3 Fe2(SO4)3+ 6 H2O+ 6 Na2CO3= 1 Na2Fe6(SO4)4(OH)12↓+ 5Na2SO4+ 6 CO2↑ 

(3)运用沉淀溶解平衡原理计算。c(Ca2+)=KSP(CaF2)/c2(F-)  ，c(Mg2+)=KSP(MgF2)/c2(F-)，则：c(Ca2+)/c(Mg2+)=1.11×10-10/7.40×10-11=1.50

(4)该沉淀中吸附易溶于水的离子，根据流程图知，溶液中含有铵根离子和钠离子，所以沉淀上含有铵根离子、硫酸根和钠离子，得到的沉淀要进行洗涤和干燥才能得到较纯净、干燥的物质；故“沉淀”中含杂质离子主要有SO42-、NH4+、Na+，“操作X”是洗涤、干燥。

(5) 充电时，Li+还原为Li，并以原子形式嵌入电池负极材料碳-6(C6)中，所以，LiC6中Li的化合价为0价；放电时，该电池是原电池，正极上得电子发生还原反应，电极反应式为：CoO2+Li++e-=LiCoO2，有1mole－转移时，正极质量增加的是1molLi的质量，为7g。

【思路点拨】本题本题考查难溶电解质的溶解平衡、电极反应式的书写、物质的分离和提纯等知识点，难点是（3）题，明确溶度积常数的含义是解此题关键，同时，电极反应式的书写也是学习难点，要结合电解质溶液的酸碱性书写，难度中等。