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，某學生設計流程如圖（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）寫出步驟Ⅱ中Co2O3與鹽酸反應生成Cl2的離子方程式： 。

（2）步驟Ⅲ中 Na2CO3溶液的作用是調節溶液的pH，應使溶液的pH不超過 ；廢渣中的主要成分除了LiF外，還有 。

（3）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 。

（4）在空氣中加熱5．49g草酸鈷晶體（CoC2O4·2H2O）樣品，受熱過程中不同溫度范圍內分別得到一種固體物質，其質量如表．已知：M（CoC2O4·2H2O）=183g/mol

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 。溫度高于890℃時，固體產物發生分解反應，固體產物為 。

Answer 1

【答案】（1）Co2O3+6H++2Cl﹣=2 Co2++Cl2↑+3H2O；

（2）7．15；Fe（OH）3；

（3）降低溶液中Li+濃度，避免步驟Ⅳ中產生Li2CO3沉淀；

（4）3CoC2O4+2O2Co3O4+6CO2；CoO

【解析】

試題分析：（1）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；

（2）依據表中數據分析判斷加入碳酸鈉調節溶液pH，沉淀鐵離子和鋰離子，但不能沉淀鈷離子，步驟Ⅲ中Na2CO3溶液的作用是調節溶液的pH，應使溶液的pH不超過7．15，廢渣中的主要成分除了LiF外還有Fe（OH）3；

（3）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；

（4）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，根據圖表數據可知，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，210～290℃過程中產生的氣體只有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，說明不是分解反應，參加反應的還有氧氣，則反應的氧氣質量=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，溫度高于890℃時，固體產物發生分解反應，得到固體的質量為2．25g，根據前面的計算可知，固體中只含有鈷元素和氧元素，其中含有鈷元素的質量為0．03×59g=1．77g，所以固體中含有氧元素的質量為0．48g，其物質的量是來0．03mol，所以固體中鈷原子與氧原子的物質的量之比為0．03：0．03=1：1，所以固體的化學式為CoO。