Question

11．鈷（Cu）及其化合物在工業(yè)上有廣泛應(yīng)用．為從某工業(yè)廢料中回收鈷，某學(xué)生設(shè)計(jì)流程如下（廢料中含有Al、Li、Co₂O₃和Fe₂O₃等物質(zhì)）．

已知：部分金屬離子形成氫氧化物沉淀的pH見下表：

	Fe3+	Co2+	Co3+	Al2+
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）步驟Ⅰ中得到含鋁溶液的反應(yīng)的離子方程式是2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑． 
（2）寫出步驟Ⅱ中Co₂O₃與Na₂CO₃反應(yīng)的離子方程式是Co₂O₃+SO₃^2-+4H⁺=Co²⁺+SO₄^2-+2H₂O．
（3）步驟Ⅲ中若不慎向“浸出液”中加過量NaClO₃時(shí)，可能會(huì)生成有毒氣體，寫出生成該有毒氣體的離子方程式ClO₃^-+6H⁺+5Cl^-=3Cl₂↑+3H₂O，其中，Na₂CO₃溶液的作用是調(diào)節(jié)溶液PH使鐵離子沉淀完全轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃．
（4）在空氣中加熱草酸鈷晶體（CoC₂O₄•2H₂O）樣品需要用到的主要儀器是坩堝，5.49g該晶體受熱過程中不同溫度范圍內(nèi)分別得到一種固體物質(zhì)，其質(zhì)量如下表：

溫度范圍/℃	固體質(zhì)量/g
150～210	4.41
290～320	2.41
890～920	2.25

經(jīng)測定，210～290℃過程中產(chǎn)生的氣體只有CO₂，此過程發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是3CoC₂O₄+2O₂$\frac{\underline{\;210℃-290℃\;}}{\;}$Co₃O₄+6CO₂．[M （CoC₂O₄•2H₂O）=183 g/mol]
（5）從反應(yīng)后的混合物中得到草酸鈷晶體，需對晶體進(jìn)行洗滌，證明晶體已經(jīng)洗滌干凈的操作及現(xiàn)象是取最后一次洗滌液于試管中，加入幾滴稀硝酸酸化的硝酸銀溶液，若無白色沉淀生成，說明已經(jīng)洗凈．

Answer 1

分析 廢料中含有Al、Li、Co₂O₃和Fe₂O₃等物質(zhì)，廢料加入氫氧化鈉溶液堿浸，得到鈷渣為Li、Co₂O₃和Fe₂O₃等物質(zhì)，加入鹽酸溶解后發(fā)生氧化還原反應(yīng)，氧化鈷氧化氯離子為氯氣，過濾得到酸溶的溶液加入碳酸鈉溶液和NaClO₃溶液凈化，除去鋰離子和鐵離子，在濾液中加入碳酸鈉溶液沉淀鈷離子為碳酸鈷沉淀，加入鹽酸和草酸銨溶液得到草酸鈷晶體，高溫分解得到氧化鈷；
（1）步驟Ⅰ中得到含鋁溶液是鋁和氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和氫氣；
（2）步驟Ⅱ中Co₂O₃與Na₂SO₃在酸性溶液中發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成二價(jià)鈷離子，亞硫酸鈉被氧化為硫酸鈉；
（3）步驟Ⅲ中若不慎向“浸出液”中加過量NaClO₃時(shí)，可能會(huì)生成有毒氣體，是氯離子和ClO₃^-在酸溶液中發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成氯氣，結(jié)合原子守恒和電子守恒分析配平書寫離子方程式，依據(jù)表中數(shù)據(jù)分析判斷加入碳酸鈉調(diào)節(jié)溶液PH，沉淀鐵離子和鋰離子，但不能沉淀鈷離子；
（4）固體加熱在坩堝中進(jìn)行，計(jì)算晶體物質(zhì)的量n=$\frac{5.49g}{183g/mol}$=0.03mol，失去結(jié)晶水應(yīng)為0.06mol，固體質(zhì)量變化=0.06mol×18g/mol=1.08g，圖表數(shù)據(jù)可知，150～210固體質(zhì)量變化=5.49g=4.41g=1.08g，說明210°C失去結(jié)晶水得到CoC₂O₄，210～290℃過程中是CoC₂O₄發(fā)生的反應(yīng)，210～290℃過程中產(chǎn)生的氣體只有CO₂ ，依據(jù)元素守恒得到生成CO₂物質(zhì)的量為0.06mol，質(zhì)量=0.06mol×44g/mol=2.64g，氣體質(zhì)量共計(jì)減小=4.41g-2.41g=2g，說明不是分解反應(yīng)，參加費(fèi)用的還有氧氣，則反應(yīng)的氧氣質(zhì)量=2.64g-2g=0.64g，O₂物質(zhì)的量=$\frac{0.64g}{32g/mol}$=0.02mol，依據(jù)原子守恒配平書寫反應(yīng)的化學(xué)方程式；
（5）依據(jù)洗滌液中是否含有氯離子設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)．

解答 解：廢料中含有Al、Li、Co₂O₃和Fe₂O₃等物質(zhì)，廢料加入氫氧化鈉溶液堿浸，得到鈷渣為Li、Co₂O₃和Fe₂O₃等物質(zhì)，加入鹽酸溶解后發(fā)生氧化還原反應(yīng)，氧化鈷氧化氯離子為氯氣，過濾得到酸溶的溶液加入碳酸鈉溶液和NaClO₃溶液凈化，除去鋰離子和鐵離子，在濾液中加入碳酸鈉溶液沉淀鈷離子為碳酸鈷沉淀，加入鹽酸和草酸銨溶液得到草酸鈷晶體，高溫分解得到氧化鈷．
（1）步驟Ⅰ中得到含鋁溶液是鋁和氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和氫氣，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，
故答案為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；
（2）步驟Ⅱ中Co₂O₃與Na₂SO₃在酸性溶液中發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成二價(jià)鈷離子，亞硫酸鈉被氧化為硫酸鈉，反應(yīng)離子方程式為Co₂O₃+SO₃^2-+4H⁺=Co²⁺+SO₄^2-+2H₂O，
故答案為：Co₂O₃+SO₃^2-+4H⁺=Co²⁺+SO₄^2-+2H₂O；
（3）步驟Ⅲ中若不慎向“浸出液”中加過量NaClO₃時(shí)，可能會(huì)生成有毒氣體，是氯離子和ClO₃^-在酸溶液中發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成氯氣，ClO₃^-中氯元素化合價(jià)+5價(jià)降低為0價(jià)．氯元素化合價(jià)-1價(jià)變化為0價(jià)，反應(yīng)的離子方程式：ClO₃^-+6H⁺+5Cl^-=3Cl₂↑+3H₂O，依據(jù)表中數(shù)據(jù)分析判斷加入碳酸鈉調(diào)節(jié)溶液PH，沉淀鐵離子和鋰離子，但不能沉淀鈷離子，所以碳酸鈉的主要作用是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(diào)節(jié)溶液的pH，應(yīng)使溶液的pH不超過7.15，
故答案為：ClO₃^-+6H⁺+5Cl^-=3Cl₂↑+3H₂O；調(diào)節(jié)溶液PH使鐵離子沉淀完全轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃；
（4）在空氣中加熱草酸鈷晶體（CoC₂O₄•2H₂O）樣品需要用到的主要儀器是坩堝，計(jì)算晶體物質(zhì)的量n=$\frac{5.49g}{183g/mol}$=0.03mol，失去結(jié)晶水應(yīng)為0.06mol，固體質(zhì)量變化=0.06mol×18g/mol=1.08g，圖表數(shù)據(jù)可知，150～210固體質(zhì)量變化=5.49g=4.41g=1.08g，說明210°C失去結(jié)晶水得到CoC₂O₄，210～290℃過程中是CoC₂O₄發(fā)生的反應(yīng)，產(chǎn)生的氣體只有CO₂ ，依據(jù)元素守恒得到生成CO₂物質(zhì)的量為0.06mol，質(zhì)量=0.06mol×44g/mol=2.64g，氣體質(zhì)量共計(jì)減小=4.41g-2.41g=2g，說明說明有氣體參加反應(yīng)應(yīng)為氧氣，則反應(yīng)的氧氣質(zhì)量=2.64g-2g=0.64g，O₂物質(zhì)的量=$\frac{0.64g}{32g/mol}$=0.02mol；n（CoC₂O₄）：n（O₂）：n（CO₂）=0.03：0.02：0.06=3：2：6，依據(jù)原子守恒配平書寫反應(yīng)的化學(xué)方程式為3CoC₂O₄+2O₂ $\frac{\underline{\;210℃-290℃\;}}{\;}$Co₃O₄+6CO₂，
故答案為：坩堝；3CoC₂O₄+2O₂$\frac{\underline{\;210℃-290℃\;}}{\;}$ Co₃O₄+6CO₂；
（5）從反應(yīng)后的混合物中得到草酸鈷晶體，需對晶體進(jìn)行洗滌，證明晶體已經(jīng)洗滌干凈的操作及現(xiàn)象是：取最后一次洗滌液于試管中，加入幾滴稀硝酸酸化的硝酸銀溶液，若無白色沉淀生成，說明已經(jīng)洗凈；
故答案為：取最后一次洗滌液于試管中，加入幾滴稀硝酸酸化的硝酸銀溶液，若無白色沉淀生成，說明已經(jīng)洗凈．

點(diǎn)評 本題考查了物質(zhì)分離和提純的方法，實(shí)驗(yàn)過程和物質(zhì)性質(zhì)的判斷，離子方程式、化學(xué)方程式書寫方法，化學(xué)式的計(jì)算分析應(yīng)用，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．