Question

1．CoO是電子陶瓷所需的重要原料，工業上可用含有Co₂O₃、Fe₂O₃、Li和Al等物質的廢料制備CoO．生產流程如圖：

已知：①Li₂CO₃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

（1）為提高堿溶速率，除適當增大NaOH溶液濃度、提高反應溫度外，還可采取的措施有將廢料研磨成更小顆粒．
（2）步驟Ⅱ中酸溶時發生了反應：Co₂O₃+6H⁺+2Cl^-=2Co²⁺+Cl₂↑+3H₂O，此反應的目的是溶解Co₂O₃，將三價鈷轉化為Co²⁺，便于沉淀除去Fe³⁺．
（3）步驟Ⅲ中加入Na₂CO₃溶液的作用是調節溶液的pH，物質X的化學式為Fe（OH）₃．
（4）步驟Ⅲ中加入NaF對步驟Ⅳ所起的作用是降低溶液中Li⁺濃度，避免步驟Ⅵ中產生Li₂CO₃沉淀．
（5）操作A的步驟為過濾、洗滌、干燥，將所得的草酸鈷晶體高溫灼燒，其熱重分析圖如圖：寫出B點物質的化學式：CoO，CD段發生反應的化學方程式為：6CoO+O₂=2Co₃O₄．

Answer 1

分析 含鈷廢料中含有Co₂O₃、Fe₂O₃和少量Li、Al，向廢料中加入NaOH溶液，只有Al和NaOH反應生成可溶性的NaAlO₂，Li和水反應生成微溶的LiOH，然后過濾得到濾渣Co₂O₃、Fe₂O₃ 和少量LiOH，濾液中含有NaOH和NaAlO₂，向濾渣中加入濃鹽酸，發生反應Co₂O₃+6HCl=2CoCl₂+Cl₂↑+2H₂O、Fe₂O₃+8HCl=2FeCl₃+FeCl₂+4H₂O、LiOH+HCl=LioCl+H₂O，得到含有Co的溶液，向溶液中加入碳酸鈉溶液和NaF溶液，得到可溶性的CoCO₃和Fe（OH）₃和LiF沉淀，過濾得到濾渣Fe（OH）₃和LiF，濾液中含有CoCO₃，向濾液中再加入碳酸鈉溶液，得到CoCO₃固體，將CoCO₃溶液于鹽酸和草酸銨的混合溶液，經過濾、洗滌、干燥得到草酸鈷晶體，煅燒草酸鈷晶體得到CoO，結合題目分析解答；
（1）固體溶液時為增加溶解速率，可通過將固體粉碎、玻璃棒攪拌、加熱等措施來實現；
（2）步驟Ⅱ中酸溶時發生了反應Co₂O₃+6HCl=2CoCl₂+Cl₂↑+3H₂O，可將此反應改寫為離子反應方程式；利用此反應可將Co₂O₃轉化為可溶性鈷鹽溶液，同時有利于沉淀除去Fe³⁺；
（3）根據Fe³⁺、Co²⁺完全沉淀時溶液的pH，可利用來調節溶液pH，除去溶液里的Fe³⁺，得到Fe（OH）₃；
（4）根據LiF難溶于水，添加NaF溶液可除去溶液里的Li⁺，防止步驟Ⅵ中產生Li₂CO₃沉淀；
（5）欲得到生成的草酸鈷晶體，可通過過濾、洗滌及干燥來達到目的；A為CoC₂O₄，n（CoC₂O₄）═0.1mol，m（Co）=0.1mol×59g/mol=5.9g，則B點時，固體中氧元素的物質的量為n（o）═0.1mol，可結合鈷和氧原子的物質的量之比確定B點固體物質的化學式，另外C點氧化物的質量為8.03g，則n（O）═1.33mol，以此計算C點固體的化學式，推導出發生反應的化學方程式．

解答 解：含鈷廢料中含有Co₂O₃、Fe₂O₃和少量Li、Al，向廢料中加入NaOH溶液，只有Al和NaOH反應生成可溶性的NaAlO₂，Li和水反應生成微溶的LiOH，然后過濾得到濾渣Co₂O₃、Fe₂O₃ 和少量LiOH，濾液中含有NaOH和NaAlO₂，向濾渣中加入濃鹽酸，發生反應Co₂O₃+6HCl=2CoCl₂+Cl₂↑+2H₂O、Fe₂O₃+8HCl=2FeCl₃+FeCl₂+4H₂O、LiOH+HCl=LioCl+H₂O，得到含有Co的溶液，向溶液中加入碳酸鈉溶液和NaF溶液，得到可溶性的CoCO₃和Fe（OH）₃和LiF沉淀，過濾得到濾渣Fe（OH）₃和LiF，濾液中含有CoCO₃，向濾液中再加入碳酸鈉溶液，得到CoCO₃固體，將CoCO₃溶液于鹽酸和草酸銨的混合溶液，經過濾、洗滌、干燥得到草酸鈷晶體，煅燒草酸鈷晶體得到CoO．（1）為提高堿溶速率，除適當增大NaOH溶液濃度、提高反應溫度外，還可采取的措施有將廢料研磨成更小顆粒，故答案為：將廢料研磨成更小顆粒；
（2）步驟Ⅱ中酸溶時發生的離子反應為Co₂O₃+6H⁺+2Cl^-=2Co²⁺+Cl₂↑+3H₂O；發生此反應的目的是溶解Co₂O₃，將三價鈷轉化為Co²⁺，便于沉淀除去Fe³⁺，故答案為：Co²⁺、Cl₂；溶解Co₂O₃，將三價鈷轉化為Co²⁺，便于沉淀除去Fe³⁺；
（3）步驟Ⅲ中加入Na₂CO₃溶液的作用是調節溶液的pH，使溶液里的Fe³⁺完全轉化為Fe（OH）₃，故答案為：調節溶液的pH；Fe（OH）₃；
（4）步驟Ⅲ中加入NaF對步驟Ⅳ所起的作用是降低溶液中Li⁺濃度，避免步驟Ⅵ中產生Li₂CO₃沉淀，故答案為：降低溶液中Li⁺濃度，避免步驟Ⅵ中產生Li₂CO₃沉淀；
（5）可通過過濾、洗滌及干燥草酸鈷晶體；A為CoC₂O₄，n（CoC₂O₄）=$\frac{14.7g}{147g/mol}$=0.1mol，m（Co）=0.1mol×59g/mol=5.9g，則B點時，固體中氧元素的物質的量為n（o）=$\frac{7.5g-5.9g}{16g/mol}$=0.1mol，則鈷與氧原子的物質的量之比為0.1mol：0.1mol=1：1，即B點固體物質的化學式為CoO，另外C點氧化物的質量為8.03g，則n（O）=$\frac{14.7g-8.03g}{16g/mol}$=0.133mol，鈷與氧原子的物質的量之比為0.1mol：0.133mol=3：4，可知C點固體的化學式為Co₃O₄，推導出發生反應的化學方程式為6CoO+O₂=2Co₃O₄；故答案為：過濾、洗滌、干燥；CoO；6CoO+O₂=2Co₃O₄．

點評 本題考查了物質提純和分離的工業制備流程分析判斷及運用守恒法的基本計算，為高考常見題型，側重于學生的分析能力、實驗能力和計算能力的考查，把握實驗過程的分析應用，主要是物質性質的理解應用，題目難度較大．