题目内容

5．工业上回收利用某合金废料（主要含Fe、Cu、Al、Co、Li等，已知Co、Fe都是中等活泼金属）的工艺流程如下：

已知：Ksp[Cu（OH）2]=4.0×10-21，Ksp[Al（OH）3]=1.0×10-32，Ksp[Fe（OH）3]=1.0×10-38，Ksp[Fe（OH）2]=8.0×10-19．pH=7.3时Li+或Co3+开始沉淀．
（1）金属M为Cu．
（2）①加入H2O2的作用是（用离子方程式表示）2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O．
②氨水的作用是调节溶液的pH，室温下，使溶液中杂质离子刚好沉淀完全而全部除去（浓度小于1.0×10-5mol•L-1）．需调节溶液pH范围为5.0＜pH＜7.3．
（3）充分焙烧的化学方程式为4CoC2O4?2H2O+3O2$\frac{\underline{\;焙烧\;}}{\;}$2Co2O3+8 H2O+8CO2．
（4）已知Li2CO3微溶于水，其饱和溶液的浓度与温度关系见下表．操作2中，蒸发浓缩后必须趁热过滤，其原因是减少Li2CO3的溶解损失．
温度/℃10306090
浓度/mol?L-10.210.170.140.10
（5）用惰性电极电解熔融Li2CO3制取锂，阳极生成两种气体，则阳极的电极反应式为2CO32--4e-=O2↑+CO2↑．
（6）①用Li、Co形成某锂离子电池的正极是LiCoO2，含Li+导电固体为电解质．充电时，Li+还原为Li，并以原子形式嵌入电池负极材料碳-6（C6）中（如图a）．电池反应为LixC6+Li1-xCoO2$?_{充电}^{放电}$C6+LiCoO2，
写出该电池放电时的负极反应式LixC6-xe-=C6+xLi+．
②锂硫电池的总反应为：2Li+S$?_{充电}^{放电}$Li2S，图b表示用锂离子电池给锂硫电池充电，请在图b的电极中填写“Li”或“S”，以达到给锂硫电池充电的目的．

分析 合金废料（主要含Fe、Cu、Co、Li等，已知Co、Fe都是中等活泼金属）加入盐酸过滤得到金属M为不与盐酸反应的铜，浸出液中加入过氧化氢氧化亚铁离子为铁离子，加入氨水调节溶液PH使铁离子转化为氢氧化铁沉淀、铝离子转化为氢氧化铝沉淀，通过操作Ⅰ过滤得到溶液A中加入草酸铵溶液沉淀钴离子过滤得到溶液B主要是锂离子的溶液，加入碳酸钠沉淀锂离子，过滤得到碳酸锂；结晶析出CoC2O4•2H2O足量空气煅烧得到氧化钴；
（2）加入H2O2的作用是氧化亚铁离子为铁离子；由于Ksp[Al（OH）3]＞Ksp[Fe（OH）3]，当铝离子沉淀完全时，铁离子已经沉淀完全，所以根据Ksp[Al（OH）3]=c3（OH-）•c（Al3+）计算出溶液中氢氧根离子的浓度，再计算出溶液的pH值；
（3）CoC2O4焙烧生成Co2O3、CO2和水；
（4）Li2CO3微溶于水，溶解度随温度升高而降低，为减少Li2CO3的溶解损失，蒸发浓缩后必须趁热过滤；
（5）用惰性电极电解熔融Li2CO3制取锂，阳极生成两种气体，应为二氧化碳和氧气；
（6）①放电时，该装置为原电池，负极上失电子发生氧化反应；
②在Li、Co形成的锂离子电池中，碳-6（C6）为负极，给电池2Li+S$?_{充电}^{放电}$Li2S充电时，Li电极应与电源的负极相连，据此画图．

解答 解：合金废料（主要含Fe、Cu、Co、Li等，已知Co、Fe都是中等活泼金属）加入盐酸过滤得到金属M为不与盐酸反应的铜，浸出液中加入过氧化氢氧化亚铁离子为铁离子，加入氨水调节溶液PH使铁离子转化为氢氧化铁沉淀、铝离子转化为氢氧化铝沉淀，通过操作Ⅰ过滤得到溶液A中加入草酸铵溶液沉淀钴离子过滤得到溶液B主要是锂离子的溶液，加入碳酸钠沉淀锂离子，过滤得到碳酸锂；结晶析出CoC2O4•2H2O足量空气煅烧得到氧化钴，
（1）上述分析判断金属M为Cu，
故答案为：Cu；
（2）加入H2O2的作用是氧化亚铁离子为铁离子，反应的离子方程式为：2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O；使溶液中杂质离子刚好沉淀完全而全部除去（浓度小于1.0×10-5mol•L-1），由于Ksp[Al（OH）3]＞Ksp[Fe（OH）3]，当铝离子沉淀完全时，铁离子已经沉淀完全，所以根据Ksp[Al（OH）3]=c3（OH-）•c（Al3+）可知c（OH-）=$\root{3}{\frac{1×1{0}^{-33}}{1×1{0}^{-5}}}$=1×10-9mol•L-1，所以此时溶液的pH值为5，同时要使Li+或Co3+不沉淀，则pH＜7.3，所以要调节溶液的pH值为5.0＜pH＜7.3，
故答案为：2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O；5.0＜pH＜7.3；
（3）CoC2O4焙烧生成Co2O3、CO2和水，反应的化学方程式为4CoC2O4?2H2O+3O2$\frac{\underline{\;焙烧\;}}{\;}$2Co2O3+8 H2O+8CO2，
故答案为：4CoC2O4?2H2O+3O2$\frac{\underline{\;焙烧\;}}{\;}$2Co2O3+8 H2O+8CO2；
（4）Li2CO3微溶于水，溶解度随温度升高而降低，为减少Li2CO3的溶解损失，蒸发浓缩后必须趁热过滤，
故答案为：减少Li2CO3的溶解损失；
（5）用惰性电极电解熔融Li2CO3制取锂，阳极生成两种气体，应为二氧化碳和氧气，电极方程式为2CO32--4e-=O2↑+CO2↑，
故答案为：2CO32--4e-=O2↑+CO2↑；
（6）①放电时，该装置为原电池，负极上锂失电子发生氧化反应，电极反应式为LixC6-xe-=C6+xLi+，
故答案为：LixC6-xe-=C6+xLi+；
②在Li、Co形成的锂离子电池中，碳-6（C6）为负极，给电池2Li+S$?_{充电}^{放电}$Li2S充电时，Li电极应与电源的负极相连，如图所示，
故答案为：．

点评 本题主要考查物质的分离提纯的综合应用，为高频考点，侧重于学生的分析能力和实验能力、计算能力的考查，综合性强，注意把握实验的流程和原理，难度较大．

练习册系列答案
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