题目内容

12．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Al、Li、Co2O3和Fe2O3等物质）

已知：①物质溶解性：LiF难溶于水；LiCO3微溶于水；CoCO3难溶于水
②部分金属离子形成氢氧化物沉淀的pH见表一．
表一：
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）I中得到含铝溶液的反应离子方程式是2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑．
（2）I中得到钴渣的实验操作是过滤（填操作名称）．
（3）写出步骤Ⅱ中Co2O3与盐酸反应生成Cl2的离子方程式：Co2O3+6H++2Cl-=2Co2++Cl2↑+3H2O．
（4）步骤Ⅲ中调节溶液的pH时，pH的范围是3.2≤PH＜7.15
（5）废渣中的主要成分有Fe（OH）3，LiF．步骤Ⅲ中加入NaF溶液，对步骤Ⅳ所起的作用是降低溶液中Li+的浓度，避免步骤Ⅳ形成Li2CO3的沉淀．
（6）在空气中加热5.49g草酸钴晶体（CoC2O4•2H2O）样品，受热过程中不同温度范围内分别得到一种固体物质，其质量如表二．已知[M（CoC2O4•2H2O）]=183g/mol
表二：
温度范围/℃固体质量/g
150～2104.41
290～3202.41
890～9202.25
①加热到210℃时，固体物质的化学式为：CoC2O4
②经测定，加热到210～310℃过程中生成物只有CO2和钴的氧化物，此过程发生反应的化学方程式为：3CoC2O4+2O2$\frac{\underline{\;210～310℃\;}}{\;}$Co3O4+6CO2．

分析 废料（含Al、Li、Co2O3和Fe2O3等物质）加入氢氧化钠溶液碱浸，Al溶解：2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑，得到钴渣（Li、Co2O3和Fe2O3），加入盐酸溶解后，Li、Fe2O3溶解生成锂离子、铁离子，Co2O3发生氧化还原反应，氧化钴氧化氯离子为氯气：2O3+6H++2Cl-=2Co2++Cl2↑+3H2O，过滤得到酸溶的溶液调节pH，加入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，据此分析作答．

解答 解：（1）步骤Ⅰ中得到含铝溶液是铝和氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和氢气，反应的化学方程式为：2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑；
故答案为：2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑；
（2）I中通过过滤得到钴渣和含铝滤液，故答案为：过滤；
（3）氧化钴氧化盐酸溶液中氯化氢为氯气，结合原子守恒和电子守恒分析配平书写离子方程式，钴元素化合价降低为+2价．氯元素化合价-1价变化为0价，反应的离子方程式：Co2O3+6H++2Cl-=2Co2++Cl2↑+3H2O，
故答案为：Co2O3+6H++2Cl-=2Co2++Cl2↑+3H2O；
（4）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范围为3.2≤PH＜7.15，
故答案为：3.2≤PH＜7.15；
（5）III中调节pH，加入NaF溶液净化，除去锂离子和铁离子，废渣中的主要成分为LiF和Fe（OH）3；其中NaF溶液，降低溶液中Li+的浓度，避免步骤Ⅳ形成Li2CO3的沉淀；
故答案为：Fe（OH）3；LiF；降低溶液中Li+的浓度，避免步骤Ⅳ形成Li2CO3的沉淀；
（6）①（5））①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；
故答案为：CoC2O4；
②210～310℃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=$\frac{0.064g}{32g/mol}$=0.02mol，则：
n（CoC2O4）：n（O2）：n（CO2）=0.03：0.02：0.06=3：2：6，
方程式计量系数之比等于转化量之比，所以该反应的方程式为：3CoC2O4+2O2$\frac{\underline{\;210～310℃\;}}{\;}$Co3O4+6CO2；
故答案为：3CoC2O4+2O2$\frac{\underline{\;210～310℃\;}}{\;}$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，确定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．

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序号①②③④
溶液NaClCH3COONH4NaHCO3
pH7.07.08.49.9
下列关系不正确的是（　　）
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