题目内容

13．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，某学生设计流程如图（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是2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑．
（2）写出步骤Ⅱ中Co2O3与盐酸反应的离子方程式Co2O3+6H++2Cl-=2Co2++Cl2↑+3H2O．
有同学认为Ⅱ中将盐酸换成硫酸和H2O2溶液更好，请结合离子方程式说明理由Co2O3+4H++H2O2=2Co2++3H2O+O2↑
（3）步骤Ⅲ中Na2CO3溶液的作用是调节溶液的pH，应使溶液的pH不超过7.15．废渣中的成分有LiF、Fe（OH）3．
（4）在空气中加热CoC2O4固体，经测定，210～290℃的过程中只产生CO2和一种二元化合物，该化合物中钴元素的质量分数为73.44%．此过程发生反应的化学方程式是3CoC2O4+2O2$\frac{\underline{\;210-290℃\;}}{\;}$Co3O4+6CO2．
（5）某锂离子电池的总反应为C6+LiCoO2 $?_{放电}^{充电}$ LixC6+Li1-xCoO2，LixC6中Li的化合价为0价，该锂离子电池充电时阳极的电极反应式为LiCoO2-xe-=Li1-xCoO2+xLi+．

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，以此解答该题．

解答 解：（1）步骤Ⅰ中铝与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和氢气，反应的离子方程式：2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑；
故答案为：2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑；
（2）Co2O3与盐酸反应生成Cl2，反应中钴元素化合价降低为+2价．氯元素化合价-1价变化为0价，依据得失电子守恒可知Co2O3的系数为1，Cl-的系数为2，结合原子个数守恒，反应的离子方程式：Co2O3+6H++2Cl-=2Co2++Cl2↑+3H2O，
将盐酸换成硫酸和H2O2溶液，发生Co2O3+4H++H2O2=2Co2++3H2O+O2↑，可减少污染，
故答案为：Co2O3+6H++2Cl-=2Co2++Cl2↑+3H2O；Co2O3+4H++H2O2=2Co2++3H2O+O2↑；
（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，步骤Ⅲ中Na2CO3溶液的作用是调节溶液的pH，应使溶液的pH不超过7.15，废渣中的主要成分为LiF和Fe（OH）3；
故答案为：7.15； LiF、Fe（OH）3；
（4）210～290℃的过程中只产生CO2和一种二元化合物，该二元化合物应该由钴元素和氧元素组成，该化合物中钴元素的质量分数为73.44%，则该氧化物中钴原子和氧原子的物质的量之比为$\frac{73.44%}{59}$：$\frac{1-73.44%}{16}$=3：4，即该氧化物的化学式为Co3O4，所以该反应的方程式为：3CoC2O4+2O2$\frac{\underline{\;210-290℃\;}}{\;}$Co3O4+6CO2；
故答案为：3CoC2O4+2O2$\frac{\underline{\;210-290℃\;}}{\;}$Co3O4+6CO2；
（5）LiCoO2中锂元素化合价为+1价，则依据放电为原电池反应，锂元素化合价升高发生氧化反应分析判断，LixC中锂元素化合价为0价，是锂单质镶嵌在碳中做原电池负极，由锂离子电池的总反方程式可知C+LiCoO2→LixC+Li1-xCoO2为充电过程即为电解池，则锂硫电池给锂离子电池充电，LiCoO2为阳极失电子发生氧化反应：LiCoO2-xe-=Li1-xCoO2 +xLi+，C为阴极得电子发生还原反应：C+xe-+xLi+=LixC，
故答案为：0；LiCoO2-xe-=Li1-xCoO2+xLi+．

点评 本题考查了物质分离和提纯的方法，为高频考点，侧重考查学生的分析能力、实验能力和计算能力，注意把握实验过程和物质性质的判断，离子方程式、化学方程式书写方法，化学式的计算分析应用，题目难度中等．

练习册系列答案
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最近一段时间，武邑中学雾霾严重，影响了同学们的生活和健康。雾霾中可能含有如下离子：Na+、NH4+、Mg2+、Al3+、SO42-、NO3-、Cl-。高三1490班某同学收集了操场的雾霾，经必要的预处理后得试样溶液，设计并完成了如下实验，根据实验操作与现象，该同学得出的结论不正确的是（）

【已知：3NO3-+8Al+5OH-+2H2O3NH3↑+8AlO2-】

A．试样中一定存在的阴离子是SO42-和NO3- B．试样中一定不含Al3+

C．该雾霾中可能存在NaNO3、NH4Cl和MgSO4 D．试样中可能存在Na+、Cl-

下列关于试剂存放的叙述正确的是

A. 浓硫酸的装运包装箱应贴上如图所示的标识

B. 金属钠保存在CCl4中（钠的密度小于CCl4）

C. 氢氧化钠溶液保存在带玻璃塞的玻璃瓶中

D. 硝酸银溶液存放在无色试剂瓶中
1．纳米碳酸钙广泛应用于橡胶、塑料、造纸、化学建材、油墨、涂料、密封胶与胶粘剂等行业．在浓CaCl2溶液中通入NH3和CO2，可以制得纳米级碳酸钙．某校学生实验小组设计下图所示装置，制取该产品．D中装有蘸稀硫酸的脱脂棉，图中夹持装置已略去．
Ⅰ．可选用的药品有：
a．石灰石  b．饱和氯化钙溶液  c．6mol/L盐酸  d．氯化铵  e．氢氧化钙

（1）A中制备气体时，所需药品是（选填字母序号）ac；
（2）B中盛有饱和碳酸氢钠溶液，其作用是除去CO2中的HCl；
（3）写出制取氨气的化学方程式2NH4Cl+Ca（OH）2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl2+2NH3↑+2H2O；
（4）在实验过程中，向C中通入气体是有先后顺序的，应先通入气体的化学式NH3；
（5）检验D出口处是否有氨气逸出的方法是将湿润的红色石蕊试纸放在D出口处，若试纸变蓝，则证明有氨气逸出；若试纸不变蓝，则证明没有氨气逸出．（或用蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近D出口处，若有白烟，则证明有氨气逸出；若没有白烟，则证明没有氨气逸出）；
（6）写出制纳米级碳酸钙的化学方程式CaCl2+H2O+CO2+2NH3=CaCO3+2NH4Cl．
（7）若实验过程中有氨气逸出，应选用下列b装置回收（填代号）．

Ⅱ．经分析在上述氯化铵样品中含有杂质碳酸氢钠．为了测定氯化铵的质量分数，该学生实验小组又设计了如下实验流程：

试回答：
（1）所加试剂A的化学式为Ca（OH）2或Ba（OH）2
（2）B操作方法是过滤
（3）样品中氯化铵的质量分数为$\frac{{W}_{1}-\frac{{W}_{2}}{100}×84}{{W}_{1}}$×100%或$\frac{{W}_{1}-\frac{{W}_{2}}{197}×84}{{W}_{1}}$×100%．
8．用芳香烃A为原料合成G的路线如图，其中F能使溴的四氯化碳溶液褪色．

（1）G的分子式是C10H10O2；
（2）化合物F中含有的官能团名称是碳碳双键、羧基；
（3）反应⑤的条件是浓硫酸、加热，反应类型是消去反应；
（4）写出反应①、⑥的化学方程式：
①；
⑥；
（5）写出符合下列条件的G的同分异构体的结构简式（不考虑立体异构）  （写出2种即可）．
a．分子内含苯环，且苯环上只有一个支链．
b．与G具有相同的官能团．
18．有机物Q的分子式为C5H10O2，一定条件下Q遇NaHCO3、Na均能产生气体，且生成气体体积比（同温同压）为2：1，则Q的结构最多有（　　）
A．4种B．6种C．8种D．7种
5．已知A、B、C三种液态有机物具有下列性质：
沸点/℃溶解性与饱和NaHSO3溶液混合
A75.7微溶于水发生化合反应，生成沉淀
B118溶于水不反应
C34微溶于水，与B互溶不反应
欲将B中的少量杂质A除去并得到纯净的B，某实验小组设计如图实验流程（已知试剂I为饱和NaHSO3溶液）：

请回答下列问题：
（1）操作1中需要用到的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒．
（2）试剂II是C；操作III的名称是蒸馏．
（3）操作II用到的玻璃仪器中需要检查是否漏水的仪器名称是分液漏斗．
（4）操作II所得到的B和C的混合物中混有水，因此流程图中“□”内空缺的操作名称是干燥．
2．分子式为C3H5Cl，考虑顺反异构，且可以使溴的四氯化碳溶液褪色的结构可能是（　　）
A．3种B．4种C．5种D．6种
3．锌是一种应用广泛的金属．某工厂用下图工艺冶炼锌，其中锌焙砂主要含ZnO、ZnFe2O4及少量FeO、CuO等氧化物．

金属阳离子在常温下以氢氧化物的形式沉淀时溶液的pH见表：
阳离子Fe3+Fe2+Zn2+Cu2+
开始沉淀时的pH2.76.65.24.4
沉淀完全时的pH3.78.98.15.7
回答下列问题：
（1）为了加快锌矿石培烧的速率，可采取的措施有将锌矿石粉碎成细颗粒（回答一点即可）．
（2）试剂A是-种由两种元素组成的液态“绿色”氧化剂，则加入试剂A后发生反应的离子方程式为2Fe2++2H++H2O2=2 Fe3++2H2O；试剂B最好选用ZnO或ZnCO3或Zn（OH）2，pH的调控范围为3.7≤pH＜4.4．
（3）试剂C是Zn；电解产物中有一种物质可循环使用，该物质是H2SO4．
（4）酸浸时，ZnFe2O4会生成两种盐，该反应的化学方程式为ZnFe2O4+4H2SO4═ZnSO4+Fe2（SO4）3+4H2O．
（5）沉积物中除生成的沉淀外还含有溶液中的悬浮杂质，溶液中的悬浮杂质被共同沉淀的原因可能是Fe（OH）3胶体（沉淀）具有吸附性．
（6）若0.1t锌焙砂通过上述流程处理后最终得到了21.4kg沉淀物，则锌焙砂中铁元素的质量分数最大为11.2%．

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