Question

10．某礦石中除含SiO₂外，還有9.24% CoO、2.78% Fe2O3、0.96% MgO、0.084% CaO，從該礦石中提取鈷的主要流程如下：

（1）在一定濃度的H₂SO₄ 溶液中，鈷的浸出率隨時間、溫度的變化如圖所示．考慮生產成本和效率，最佳的浸泡時間為12h，最佳的浸出溫度為90℃．
（2）請配平下列除鐵的化學方程式：
□Fe₂（SO₄）₃+□H₂O+□Na₂CO₃═□Na₂SO₄+□CO₂↑+□Na₂Fe₆（SO₄）₄（OH）₁₂↓
（3）“除鈣、鎂”的反應原理如下：
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，則濾液中的$\frac{c（C{a}^{2+}）}{c（M{g}^{2+}）}$=1.5．
（4）“沉淀”表面吸附的主要離子有SO₄^2-、NH₄⁺、Na⁺、F^-；“操作X”名稱為洗滌、干燥．
（5）某鋰離子電池正極是LiCoO₂，以含Li⁺的導電固體為電解質．充電時，Li⁺還原為Li，并以原子形式嵌入電池負極材料C6 中，電池反應為：LiCoO₂+C₆$?_{放電}^{充電}$ CoO₂+LiC₆．LiC₆ 中Li 的化合價為0價．若放電時有1mol e-轉移，正極質量增加7g．

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）根據浸出率與時間和溫度的關系及生產成本分析；
（2）根據原子守恒配平方程式；
（3）$\frac{c（Ca{\;}^{2+}）}{c（Mg{\;}^{2+}）}$=$\frac{Ksp（CaF{\;}_{2}）}{Ksp（MgF{\;}_{2}）}$；
（4）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；
（5）放電時，該電池是原電池，正極上得電子發生還原反應，依據負極電極材料和題干信息分析計算．

解答 解：（1）根據圖知，時間越長浸出率越高，溫度越高，浸出率越高，但浸出12小時后，浸出率變化不大，90℃和120℃浸出率變化不大，且時間過長、溫度過高導致成本較大，所以最佳的浸出時間為12小時，最佳的浸出溫度為90℃，
故答案為：12；90；
（2）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；
（3）$\frac{c（Ca{\;}^{2+}）}{c（Mg{\;}^{2+}）}$=$\frac{Ksp（CaF{\;}_{2}）}{Ksp（MgF{\;}_{2}）}$=$\frac{1.1×10{\;}^{-10}}{7.40×10{\;}^{-11}}$=1.5，
故答案為：1.5；
（4）該沉淀中吸附易溶于水的離子，根據流程圖知，溶液中含有SO₄^2-、NH₄⁺、Na⁺、F^-，所以沉淀上含有SO₄^2-、NH₄⁺、Na⁺、F^-，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：SO₄^2-、NH₄⁺、Na⁺、F^-；洗滌、干燥；
（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，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，所以負極為LiC₆中Li的化合價為0價，若放電時有1mol e^-轉移，CoO₂+Li⁺+e^-=LiCoO₂，正極質量增加為1molLi+的質量=1mol×7g/mol=7g；
故答案為：0；7．

點評 本題考查難溶電解質的溶解平衡、電極反應式的書寫、物質的分離和提純等知識點，難點是（3）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．