Question

19．水鈷礦中除SiO₂外，還有9.24% CoO、2.78% Fe₂O₃、0.96% MgO、0.084% CaO．從中提取鈷的主要工藝流程如圖1：

（1）請配平下列除鐵的化學方程式：
□Fe₂（SO₄）₃+□H₂O+□Na₂CO₃=□Na₂Fe₆（SO₄）₄（OH）₁₂↓+□Na₂SO₄+□CO₂↑
（2）“除鈣、鎂”的原理反應為：MgSO₄+2NaF═MgF₂↓+Na₂SO₄，CaSO₄+2NaF═CaF₂↓+Na₂SO₄
已知K_SP（CaF₂）=1.11×10^-10，K_SP（MgF₂）=7.40×10^-11，加入過量NaF溶液反應完全后過濾，則濾液中$\frac{c（C{a}^{2+}）}{c（M{g}^{2+}）}$=1.5．
（3）“沉淀”中含雜質離子主要有SO₄^2-、F^-、NH₄⁺和Na⁺；“操作X”包括洗滌和干燥．
（4）向氯化銅溶液中加入一定量的鐵粉和鋁粉混合物，充分反應后，下列情況可能出現的是ab
a．溶液中有Cu²⁺、Fe²⁺、Al³⁺，不溶物為Cu
b．溶液中有Fe²⁺、Al³⁺，不溶物為Cu、Fe
c．溶液中有Fe³⁺、Al³⁺，不溶物為Cu
d．溶液中有Fe²⁺，不溶物為Cu、Al
（5）某鋰離子電池正極是LiCoO₂，含Li⁺導電固體為電解質．充電時，Li⁺還原為Li，并以原子形式嵌入電池負極材料碳-6（C₆）中（如圖2所示）．電池反應為LiCoO₂+C₆ $?_{放電}^{充電}$CoO₂+LiC₆，寫出該電池放電時的正極反應式CoO₂+Li⁺+e^-=LiCoO₂．

Answer 1

分析 水鈷礦磨礦將礦石粉碎，增大接觸面積，加快反應速率，加入稀硫酸，礦渣為SiO₂，濾液中含有：CoSO₄、Fe₂（SO₄）₃、MgSO₄、CaSO₄，加入碳酸鈉，除去Fe₂（SO₄）₃，加入氟化鈉，除去鈣鎂，過濾得主要含CoSO₄的溶液，加入草酸銨，通過沉淀、過濾、洗滌、干燥得到四水合草酸鈷，
（1）根據原子守恒配平方程式；
（2）濾液中$\frac{c（C{a}^{2+}）}{c（M{g}^{2+}）}$=$\frac{Ksp（Ca{F}_{2}）}{Ksp（Mg{F}_{2}）}$；
（3）根據流程圖中加入的物質分析，該沉淀中吸附易溶于水的離子；得到的沉淀要進行洗滌和干燥，才能得到較純凈、干燥的物質；
（4）鋁和鐵都能把位于其后的金屬從其鹽溶液中置換出來，但鋁的活潑性強于鐵，鋁先與鹽溶液反應，然后鐵與與鹽溶液反應；
（5）放電時，該電池是原電池，正極上得電子發生還原反應．

解答 解：水鈷礦磨礦將礦石粉碎，增大接觸面積，加快反應速率，加入稀硫酸，礦渣為SiO₂，濾液中含有：CoSO₄、Fe₂（SO₄）₃、MgSO₄、CaSO₄，加入碳酸鈉，除去Fe₂（SO₄）₃，加入氟化鈉，除去鈣鎂，過濾得主要含CoSO₄的溶液，加入草酸銨，通過沉淀、過濾、洗滌、干燥得到四水合草酸鈷，
（1）根據原子守恒配平方程式，所以其方程式為3Fe₂（SO₄）₃+6H₂O+6Na₂CO₃=Na₂Fe₆ （SO₄）₄（OH）₁₂↓+5Na₂SO₄+6CO₂↑，故答案為：3，6，6，1，5，6；
（2）濾液中$\frac{c（C{a}^{2+}）}{c（M{g}^{2+}）}$=$\frac{Ksp（Ca{F}_{2}）}{Ksp（Mg{F}_{2}）}$=$\frac{1.1×1{0}^{-10}}{7.40×1{0}^{-11}}$=1.5，故答案為：1.5；
（3）該沉淀中吸附易溶于水的離子，根據流程圖知，溶液中含有銨根離子和鈉離子，所以沉淀上含有銨根離子和鈉離子，得到的沉淀要進行洗滌和干燥才能得到較純凈、干燥的物質，故答案為：NH₄⁺；Na⁺；洗滌；干燥；
（4）a．鋁粉、鐵粉都全部與溶液反應，且溶液過量，溶液中有Cu²⁺、Fe²⁺、Al³⁺，不溶物為Cu，故a正確；
b．鋁粉部分與溶液反應、鐵粉與溶液未反應，溶液中有Fe²⁺、Al³⁺，不溶物為Cu、Fe，故b正確；
c．鋁粉氯化銅溶液反應生成氯化亞鐵和銅，不可能生成Fe³⁺，故c錯誤；
d．鋁先與氯化銅溶液反應，然后鐵與氯化銅溶液反應，只要鋁剩余，鐵與氯化銅溶液就不反應，溶液中就不可能含有Fe²⁺，故d錯誤；
故選：ab；
（5）放電時，該電池是原電池，正極上得電子發生還原反應，電極反應式為：CoO₂+Li⁺+e^-=LiCoO₂，故答案為：CoO₂+Li⁺+e^-=LiCoO₂．

點評 本題考查難溶電解質的溶解平衡、電極反應式的書寫、物質的分離和提純、物質性質的理解應用等知識點，難點是（2）題，明確溶度積常數的含義是解此題關鍵，電極反應式的書寫是學習難點，要結合電解質溶液的酸堿性書寫，難度中等．