Question

【題目】鈷（Co）及其化合物在工業上有廣泛應用。為從某工業廢料中回收鈷，某學生設計流程如下（廢料中含有Al、Li、Co2O3和Fe2O3等物質）。

已知：①物質溶解性：LiF難溶于水，Li2CO3微溶于水；

②部分金屬離子形成氫氧化物沉淀的pH見下表：

	Fe3+	Co2+	Co3+	Al3+
pH（開始沉淀）	1.9	7.15	-0.23	3.4
pH（完全沉淀）	3.2	9.15	1.09	4.7

請回答：

（1）步驟Ⅰ中得到含鋁溶液的反應的離子方程式 。

（2）步驟Ⅱ中Co2O3與鹽酸反應的離子方程式 。

（3）步驟Ⅲ中Na2CO3溶液的作用是調節溶液的pH，應調節溶液的pH范圍是 ；廢渣中的主要成分為 。

（4）步驟Ⅲ中NaF參與的反應對步驟Ⅳ所起的作用是

（5）在空氣中加熱5.49 g草酸鈷晶體（CoC2O4·2H2O）樣品，[M(CoC2O4·2H2O) = 183 g/mol ] 受熱過程中不同溫度范圍內分別得到一種固體物質，其質量如下表。

溫度范圍/℃	固體質量/ g
150~210	4.41
290~320	2.41
890~920	2.25

經測定，210~290℃過程中產生的氣體只有CO2，此過程發生反應的化學方程式是

Answer 1

【答案】（1）2Al + 2OH-+ 2H2O = 2AlO2－+ 3H2↑

（2）Co2O3 + 6H+ + 2Cl- = 2Co2++ Cl2↑+ 3H2O

（3）3.2-7.15；Fe(OH)3、LiF

（4）降低溶液中Li+濃度，避免步驟Ⅳ中產生Li2CO3沉淀。

（5）3CoC2O4+ 2O2　Co3O4+ 6CO2

【解析】

試題分析：（1）步驟Ⅰ中得到含鋁溶液是鋁和氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉和氫氣，反應的化學方程式為2Al + 2OH-+ 2H2O = 2AlO2－+ 3H2↑；

（2）氧化鈷氧化鹽酸溶液中氯化氫為氯氣，結合原子守恒和電子守恒分析配平書寫離子方程式，鈷元素化合價降低為+2價．氯元素化合價-1價變化為0價，反應的離子方程式Co2O3 + 6H+ + 2Cl- = 2Co2++ Cl2↑+ 3H2O；

（3）根據流程圖可知，步驟Ⅲ中加Na2CO3溶液的作用是調節溶液的pH，沉淀鐵離子，但不能沉淀鈷離子，依據表中數據分析判斷調節溶液的pH范圍是3.2—7.15；加入碳酸鈉溶液調節pH值，使Fe3＋轉化為Fe(OH)3，加入NaF，使Li＋轉化為LiF沉淀，所以廢渣中的主要成分是Fe(OH)3、LiF。

（4）NaF與溶液中的Li+形成LiF沉淀，此反應對步驟Ⅳ所起的作用是降低溶液中Li+濃度，避免步驟Ⅳ中產生Li2CO3沉淀；

（5）計算晶體物質的量n=5.49g÷183g/mol=0.03mol，失去結晶水應為0.06mol，固體質量變化=0.06mol×18g/mol=1.08g，圖表數據可知，150～210固體質量變化=5.49g=4.41g=1.08g，說明210°C失去結晶水得到CoC2O4，210～290℃過程中是CoC2O4發生的反應，產生的氣體只有CO2，依據元素守恒得到生成CO2物質的量為0.06mol，質量=0.06mol×44g/mol=2.64g，氣體質量共計減小=4.41g-2.41g =2g，說明說明有氣體參加反應，該氣體應為氧氣，則反應的氧氣的質量=2.64g-2g=0.64g，O2物質的量=0.64g÷32g/mol=0.02mol；n（CoC2O4）：n（O2）：n（CO2）=0.03：0.02：0.06=3：2：6，依據原子守恒配平書寫反應的化學方程式為3CoC2O4+ 2O2　Co3O4+ 6CO2。