Question

9．一種含鋁、鋰、鈷的新型電子材料，生產中產生的廢料數量可觀，廢料中的鋁以金屬鋁箔的形式存在；鈷以Co₂O₃•CoO的形式存在，吸附在鋁箔的單面或雙面；鋰混雜于其中．從廢料中回收氧化鈷（CoO）的工藝流程如圖1：

已知：物質溶解性：LiF難溶于水，Li₂CO₃微溶于水；
（1）過程I中采用NaOH溶液溶出廢料中的Al，反應的離子方程式為2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑．
（2）過程II中加入稀H₂SO₄酸化后，再加入Na₂S₂O₃溶液浸出鈷．則浸出鈷的過程中，氧化劑和還原劑的物質的量之比為（產物中只有一種酸根）4：1．在實驗室模擬工業生產時，也可用鹽酸浸出鈷，但實際工業生產中不用鹽酸，請分析不用鹽酸浸出鈷的主要原因Co₂O₃•CoO+8H⁺+2Cl^-=3Co²⁺+Cl₂↑+4H₂O（或Co₂O₃+6H⁺+2Cl^-=2Co²⁺+Cl₂↑+3H₂O）（用離子方程式表示）．
（3）過程Ⅲ得到鋰鋁渣的主要成分是LiF和Al（OH）₃，碳酸鈉溶液在產生Al（OH）₃時起重要作用，請寫出該反應的離子方程式2Al³⁺+3CO₃^2-+3H₂O=2Al（OH）₃↓+3CO₂↑．
（4）碳酸鈉溶液在過程IV中起的作用是調整pH，提供CO₃^2-，使Co²⁺沉淀為CoCO₃．
（5）CoO溶于鹽酸可得粉紅色的CoCl₂溶液．CoCl₂含結晶水數目不同而呈現不同顏色，利用藍色的無水CoCl₂吸水變色這一性質可制成變色水泥和顯隱墨水．圖2是粉紅色的CoCl₂•6H₂O晶體受熱分解時，剩余固體質量隨溫度變化的曲線，A物質的化學式是CoCl₂•2H₂O．

Answer 1

分析 操作Ⅰ利用了鋁能溶解在氫氧化鈉溶液的性質，將鋁從廢料中分離出來，過濾后得到含Co₂O₃•CoO的鈷渣，再用酸溶解過濾后得到含Co³⁺及Al³⁺、Li⁺的濾液，通過調整溶液的pH得到Al（OH）₃和LiF沉淀，再過濾得到含Co³⁺的濾液，再滴加Na₂CO₃溶液得到CoCO₃沉淀，經過濾、洗滌沉淀，最后將CoCO₃進行加熱分解可得CoO粉末，
（1）鋁和氫氧化鈉反應生成偏鋁酸鈉和氫氣，注意該反應中水是反應物；
（2）
（3）根據鋁離子能與碳酸根離子發生雙水解生成氫氧化鋁和二氧化碳；
（4）碳酸鈉溶液在過程Ⅲ中鋁離子能與碳酸根離子發生雙水解生成氫氧化鋁和二氧化碳；碳酸鈉溶液在過程Ⅳ中調整pH，提供CO₃^2-，使Co²⁺沉淀為CoCO₃；
（5）根據關系式CoCl₂•6H₂O～CoCl₂求出CoCl₂•6H₂O的質量，然后再根據差量法求出A物質的化學式．

解答 解：操作Ⅰ利用了鋁能溶解在氫氧化鈉溶液的性質，將鋁從廢料中分離出來，過濾后得到含Co₂O₃•CoO的鈷渣，再用酸溶解過濾后得到含Co³⁺及Al³⁺、Li⁺的濾液，通過調整溶液的pH得到Al（OH）₃和LiF沉淀，再過濾得到含Co³⁺的濾液，再滴加Na₂CO₃溶液得到CoCO₃沉淀，經過濾、洗滌沉淀，最后將CoCO₃進行加熱分解可得CoO粉末，
 （1）鋁和氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉和氫氣，反應的離子反應方程式為：2Al+2OH^-+2H₂O=+2AlO₂^-+3H₂↑，
故答案為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；
（2）Co₃O₄和Na₂S₂O₃在酸性條件下發生氧化還原反應生成CoSO₄、Na₂SO₄和H₂O，反應方程式為：4Co₃O₄+Na₂S₂O₃+11H₂SO₄=12CoSO₄+Na₂SO₄+11H₂O，由方程式可知氧化劑和還原劑的物質的量之比為4：1，鹽酸具有還原性，能被Co₂O₃•CoO氧化生成有毒的氯氣而污染環境，所以不能鹽酸，反應的離子方程式為Co₂O₃•CoO+8H⁺+2Cl^-=3Co²⁺+Cl₂↑+4H₂O（或Co₂O₃+6H⁺+2Cl^-=2Co²⁺+Cl₂↑+3H₂O），
故答案為：4：1；Co₂O₃•CoO+8H⁺+2Cl^-=3Co²⁺+Cl₂↑+4H₂O（或Co₂O₃+6H⁺+2Cl^-=2Co²⁺+Cl₂↑+3H₂O）；
（3）加入氟化鈉，可生成LiF沉淀，鋁離子能與碳酸根離子發生雙水解生成氫氧化鋁和二氧化碳，水解的離子方程式為：2Al³⁺+3CO₃^2-+3H₂O=2Al（OH）₃↓+3CO₂↑；
故答案為：LiF；2Al³⁺+3CO₃^2-+3H₂O=2Al（OH）₃↓+3CO₂↑；
（4）碳酸鈉溶液在過程Ⅲ中鋁離子能與碳酸根離子發生雙水解生成氫氧化鋁和二氧化碳；碳酸鈉溶液在過程Ⅳ中調整pH，提供CO₃^2-，使Co²⁺沉淀為CoCO₃；
故答案為：調整pH，提供CO₃^2-，使Co²⁺沉淀為CoCO₃；
（5）CoCl₂•6H₂O～CoCl₂
        238             130    
         m             65mg
 $\frac{\;\;238\;}{\;m\;}=\frac{130}{\;65mg}$  解得：m=119mg
 A物質的化學式為CoCl₂•nH₂O，則有：
   CoCl₂•6H₂O～CoCl₂•nH₂O△m
    238                       18（6-n）
   119mg                      119mg-83mg
$\frac{\;\;\;238\;\;}{\;119mg\;}$=$\frac{\;\;18（6-n）}{119mg-83mg}$，解得：n=2，
所以A物質的化學式為：CoCl₂•2H₂O，
故答案為：CoCl₂•2H₂O．

點評 本題考查了金屬及其化合物的性質，考查氧化還原反應、離子反應、關系式計算等，難度中等，關鍵根據實驗流程利用氧化還原反應判斷發生的離子反應，是對學生綜合能力的考查，是一道不錯的能力考查題．