Question

19．一种含铝、锂、钴的新型电子材料，生产中产生的废料数量可观，废料中的铝以金属铝箔的形式存在；钴以Co₂O₃•CoO的形式存在，吸附在铝箔的单面或双面；锂混杂于其中．从废料中回收氧化钴（CoO）的工艺流程如下：

（1）过程I中采用NaOH溶液溶出废料中的Al，反应的离子方程式为2Al+2OH^-+2H₂O=+2AlO₂^-+3H₂↑．
（2）过程II中加入稀H₂SO₄酸化后，再加入Na₂S₂O₃溶液浸出钴．则浸出钴的离子反应方程式为4Co₂O₃•CoO+S₂O₃ ^2-+22H⁺=12Co²⁺+2SO₄^2-+11H₂O（产物中只有一种酸根）．请从反应原理分析不用盐酸浸出钴的主要原因Co₂O₃•CoO可氧化盐酸产生Cl₂污染环境．
（3）碳酸钠溶液在过程III和IV中所起作用有所不同，请分别用离子方程式表示在过程III、IV中起的作用：2Al³⁺+3CO₃^2-+3H₂O=2Al（OH）₃↓+3CO₂↑；Co²⁺+CO₃^2-=CoCO₃↓．

Answer 1

分析 制备流程为：废料用碱液溶解，过滤得到偏铝酸钠溶液和钴渣；用硫酸溶解钴渣，发生反应：4Co₃O₄+Na₂S₂O₃+11H₂SO₄=12CoSO₄+Na₂SO₄+11H₂O，得到含有钴离子的溶液，然后调节溶液pH并用碳酸钠溶液除去杂质铝离子，得到较纯净的含有钴离子的溶液，再加入碳酸钠、调节溶液的pH将钴离子转化成碳酸钴沉淀，最后灼烧碳酸钴得到氧化钴，
（1）铝和氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和氢气，注意该反应中水是反应物；
（2）Co₃O₄和硫代硫酸根离子在酸性条件下发生氧化还原反应生成硫酸根离子、二价钴离子和水；盐酸具有还原性，能被Co₂O₃•CoO氧化生成有毒的氯气；
（3）碳酸钠溶液在过程Ⅲ中铝离子能与碳酸根离子发生双水解生成氢氧化铝和二氧化碳；碳酸钠溶液在过程Ⅳ中调整pH，提供CO₃^2-，使Co²⁺沉淀为CoCO₃；

解答 解：制备氧化钴的大致流程为：制备流程为：废料用碱液溶解，过滤得到偏铝酸钠溶液和钴渣；用硫酸溶解钴渣，发生反应：4Co₃O₄+Na₂S₂O₃+11H₂SO₄=12CoSO₄+Na₂SO₄+11H₂O，得到含有钴离子的溶液，然后调节溶液pH并用碳酸钠溶液除去杂质铝离子，得到较纯净的含有钴离子的溶液，再加入碳酸钠、调节溶液的pH将钴离子转化成碳酸钴沉淀，最后灼烧碳酸钴得到氧化钴，
（1）铝和氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和氢气，反应的离子反应方程式为：2Al+2OH^-+2H₂O=+2AlO₂^-+3H₂↑，
故答案为：2Al+2OH^-+2H₂O=+2AlO₂^-+3H₂↑；
（2）Co₃O₄和Na₂S₂O₃在酸性条件下发生氧化还原反应生成CoSO₄、Na₂SO₄和H₂O，反应方程式为：4Co₃O₄+Na₂S₂O₃+11H₂SO₄=12CoSO₄+Na₂SO₄+11H₂O，改写成离子方程式为：4Co₂O₃•CoO+S₂O₃ ^2-+22H⁺=12Co²⁺+2SO₄^2-+11H₂O，
盐酸具有还原性，能被Co₂O₃•CoO氧化生成有毒的氯气而污染环境，所以不用盐酸，
故答案为：4Co₂O₃•CoO+S₂O₃ ^2-+22H⁺=12Co²⁺+2SO₄^2-+11H₂O；Co₂O₃•CoO可氧化盐酸产生Cl₂污染环境；
（3）碳酸钠溶液在过程Ⅲ中铝离子能与碳酸根离子发生双水解生成氢氧化铝和二氧化碳，反应的两种方式为：2Al³⁺+3CO₃^2-+3H₂O=2Al（OH）₃↓+3CO₂↑；
碳酸钠溶液在过程Ⅳ中调整pH，提供CO₃^2-，使Co²⁺沉淀为CoCO₃，反应的离子方程式为：Co²⁺+CO₃^2-=CoCO₃↓，
故答案为：2Al³⁺+3CO₃^2-+3H₂O=2Al（OH）₃↓+3CO₂↑；Co²⁺+CO₃^2-=CoCO₃↓；

点评 本题考查了金属及其化合物的性质，考查氧化还原反应、离子反应、关系式计算等，题目难度中等，解答关键根据实验流程利用氧化还原反应判断发生的离子反应，侧重对学生综合能力的考查，是一道质量较好的能力考查题．