Question

一种含有铝、锂、钴新型电子材料，铝以金属铝箔的形式存在，钴以Co₂O₃?CoO的形式吸附于铝箔表面，锂混杂于其中．从其电子废料中回收碳酸钴（CoCO₃）的工艺流程如下：

（1）过程Ⅰ中采用NaOH溶液溶解废料中的铝，反应的离子方程式为

 

．
（2）过程Ⅱ中加入稀硫酸酸化，再加入Na₂S₂O₃溶液浸出钴，写出浸出钴的化学方程式

 

（3）在碳酸钠溶液中存在多种粒子，下列各粒子浓度关系正确的是

 

A、c（Na⁺）═2c（CO₃^2-）   B、c（Na⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（HCO₃^-）
C、c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞C（H⁺）    D、c（OH^-）-c（H⁺）═c（HCO₃^-）+2c（H₂CO₃）
过程Ⅲ加入碳酸钠溶液在沉淀铝时起到重要作用，写出其反应的离子方程式

 

（4）已知0.1摩尔/升的Na₂CO₃溶液，Na₂CO₃的水解平衡常数为：K_b1═1×10^-7   K_b2=1×10^-11
Co（OH）₂的溶度积为：Ksp=1×10^-15   CoCO₃的溶度积为：Ksp=1×10^-13
则向0.1摩尔/升的碳酸钠溶液中逐底加入0.1摩尔/升CoSO₄溶液，开始生成的沉淀为

 

．过程Ⅳ沉淀钴的反应的离子方程式

 

．
（5）锂离子电池充放电过程，发生LiCoO₂与Li_1-xCoO₂的转化，写出锂离子电池充电时的阳极反应的离子方程式：

 

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Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：

分析：废料中Al和NaOH溶液反应生成NaAlO₂，其它物质和NaOH溶液不反应，过滤得到含铝溶液和钴渣，将钴渣加浸取剂加热到85℃，得到含有Co²⁺、Li⁺、Al³⁺的溶液，向溶液中加入碳酸钠溶液并调节溶液的pH=5，然后加入少量NaF，Al³⁺和OH^-反应生成Al（OH）₃沉淀、Li⁺和F^-生成LiF沉淀，Co²⁺存在于溶液中，然后过滤得到滤渣Al（OH）₃、LiF，滤液（含有CoSO₄、Na₂SO₄），最后向溶液中加入Na₂CO₃得到沉淀CoCO₃，
（1）过程Ⅰ中NaOH溶液和Al反应生成偏铝酸钠和氢气；
（2）过程Ⅱ中加入稀硫酸酸化，再加入Na₂S₂O₃溶液浸出钴，硫代硫酸钠和Co₂O₃?CoO在酸性条件下发生氧化还原反应生成硫酸钴、硫酸钠和水；
（3）碳酸钠是强碱弱酸盐，碳酸根离子水解导致溶液呈碱性，但水解程度较小，溶液中存在电荷守恒、物料守恒和质子守恒，根据电荷守恒、质子守恒判断离子浓度大小顺序；
过程Ⅲ加入碳酸钠溶液时，碳酸根离子和铝离子发生双水解反应生成氢氧化铝沉淀和二氧化碳；
（4）向0.1摩尔/升的碳酸钠溶液中逐底加入0.1摩尔/升CoSO₄溶液，碳酸钠溶液呈碱性，但碱性较小，溶液中碳酸根离子浓度远远大于氢氧根离子浓度，开始生成的沉淀为CoCO₃；
过程Ⅳ中碳酸根离子和钴离子反应生成碳酸钴沉淀；
（5）锂离子电池充电时的阳极反应与其正极反应式相反，阳极上LiCoO₂失电子发生氧化反应生成Li_1-xCoO₂．

解答： 解：废料中Al和NaOH溶液反应生成NaAlO₂，其它物质和NaOH溶液不反应，过滤得到含铝溶液和钴渣，将钴渣加浸取剂加热到85℃，得到含有Co²⁺、Li⁺、Al³⁺的溶液，向溶液中加入碳酸钠溶液并调节溶液的pH=5，然后加入少量NaF，Al³⁺和OH^-反应生成Al（OH）₃沉淀、Li⁺和F^-生成LiF沉淀，Co²⁺存在于溶液中，然后过滤得到滤渣Al（OH）₃、LiF，滤液（含有CoSO₄、Na₂SO₄），最后向溶液中加入Na₂CO₃得到沉淀CoCO₃，
（1）过程Ⅰ中NaOH溶液和Al反应生成偏铝酸钠和氢气，离子方程式为2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑，故答案为：2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑；
（2）过程Ⅱ中加入稀硫酸酸化，再加入Na₂S₂O₃溶液浸出钴，硫代硫酸钠和Co₂O₃?CoO在酸性条件下发生氧化还原反应生成硫酸钴、硫酸钠和水，反应方程式为4Co₂O₃?CoO+Na₂S₂O₃+11H₂SO₄═12CoSO₄+Na₂SO₄+11H₂O，故答案为：4Co₂O₃?CoO+Na₂S₂O₃+11H₂SO₄═12CoSO₄+Na₂SO₄+11H₂O；
（3）A、碳酸钠属于强碱弱酸盐，碳酸根离子水解导致溶液呈碱性，钠离子不水解，所以c（Na⁺）＞2c（CO₃^2-），故A错误；   
B、碳酸钠属于强碱弱酸盐，碳酸根离子水解导致溶液呈碱性但水解程度较小，钠离子不水解，所以存在c（Na⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（HCO₃^-），故B正确；
C、溶液中碳酸根离子、碳酸氢根离子和水都电离生成氢氧根离子，只有碳酸根离子水解生成碳酸氢根离子，碳酸根离子、碳酸氢根离子水解都生成氢氧根离子，所以溶液中氢离子浓度很小，所以离子浓度大小顺序是c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（H⁺），故C正确；    
D、溶液中存在质子守恒c（OH^-）=c（H⁺）+c（HCO₃^-）+2c（H₂CO₃），所以得c（OH^-）-c（H⁺）=c（HCO₃^-）+2c（H₂CO₃），故D正确；
故选BCD；
过程Ⅲ加入碳酸钠溶液时，碳酸根离子和铝离子发生双水解反应生成氢氧化铝沉淀和二氧化碳，离子方程式为2Al³⁺+3CO₃^2-+3H₂O═2Al（OH）₃↓+3CO₂↑，
故答案为：BCD；2Al³⁺+3CO₃^2-+3H₂O═2Al（OH）₃↓+3CO₂↑；
（4）向0.1摩尔/升的碳酸钠溶液中逐底加入0.1摩尔/升CoSO₄溶液，碳酸钠溶液呈碱性，但碱性较小，溶液中＞＞远远大于c（OH^-），溶液中钴离子浓度相等，所以Q（CoCO₃）≈0.1×0.1=0.01＞Ksp（CoCO₃）、Q[Co（OH）₂]＜Ksp[Co（OH）₂]，开始生成的沉淀为CoCO₃，
过程Ⅳ中碳酸根离子和钴离子反应生成碳酸钴沉淀，离子方程式为Co²⁺+CO₃^2-═CoCO₃↓，
故答案为：CoCO₃；Co²⁺+CO₃^2-═CoCO₃↓；
（5）锂离子电池充电时的阳极反应与其正极反应式相反，阳极上LiCoO₂失电子发生氧化反应生成Li_1-xCoO₂，电极反应式为LiCoO₂-xe^-═Li_1-xCoO₂+xLi⁺，
故答案为：LiCoO₂-xe^-═Li_1-xCoO₂+xLi⁺．

点评：本题考查物质的分离和提纯，涉及电解原理、难溶物的溶解平衡、离子浓度大小比较、氧化还原反应等知识点，综合性较强，侧重考查分析、计算、推断能力，明确实验原理是解本题关键，知道流程图中发生的反应，会正确书写方程式，题目难度中等．