Question

一種含鋁、鋰、鈷的新型電子材料，生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢料數(shù)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：
（1）過程I中采用NaOH溶液溶出廢料中的Al，反應(yīng)的離子方程式為

 

．
（2）過程II中加入稀H₂SO₄酸化后，再加入Na₂S₂O₃溶液浸出鈷．則浸出鈷的離子反應(yīng)方程式為（產(chǎn)物中只有一種酸根）

 

．請從反應(yīng)原理分析不用鹽酸浸出鈷的主要原因

 

．
（3）碳酸鈉溶液在過程Ⅲ和Ⅳ中所起作用有所不同，請分別用離子方程式表示在過程III、IV中起的作用：

 

；

 

．
（4）某天然堿的化學(xué)式可表示為2Na₂CO₃?NaHCO₃?2H₂O，取少量該物質(zhì)溶于水得稀溶液P．下列有關(guān)溶液P中微粒的物質(zhì)的量濃度關(guān)系正確的是

 

（填序號）．
A．c（CO₃^2-）＞c（HCO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）
B．c（OH^-）=c（H⁺）+c（HCO₃^-）+2c（H₂CO₃）
C．3c（Na⁺）＞5c（CO₃^2-）+5c（HCO₃^-）
D．將P溶液與少量NaOH溶液混合：c（Na⁺）+c（H⁺）=c（HCO₃^-）+2c（CO₃^2-）+c（OH^-）
（5）CoO溶于鹽酸可得粉紅色的CoCl₂溶液．CoCl₂含結(jié)晶水?dāng)?shù)目不同而呈現(xiàn)不同顏色，利用藍(lán)色的無水CoCl₂吸水變色這一性質(zhì)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(zhì)量隨溫度變化的曲線，A物質(zhì)的化學(xué)式是

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用,制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計題,元素及其化合物

分析：制備流程為：廢料用堿液溶解，過濾得到偏鋁酸鈉溶液和鈷渣；用硫酸溶解鈷渣，發(fā)生反應(yīng)：4Co₃O₄+Na₂S₂O₃+11H₂SO₄=12CoSO₄+Na₂SO₄+11H₂O，得到含有鈷離子的溶液，然后調(diào)節(jié)溶液pH并用碳酸鈉溶液除去雜質(zhì)鋁離子，得到較純凈的含有鈷離子的溶液，再加入碳酸鈉、調(diào)節(jié)溶液的pH將鈷離子轉(zhuǎn)化成碳酸鈷沉淀，最后灼燒碳酸鈷得到氧化鈷，
（1）鋁和氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和氫氣，注意該反應(yīng)中水是反應(yīng)物；
（2）Co₃O₄和硫代硫酸根離子在酸性條件下發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硫酸根離子、二價鈷離子和水；鹽酸具有還原性，能被Co₂O₃?CoO氧化生成有毒的氯氣；
（3）碳酸鈉溶液在過程Ⅲ中鋁離子能與碳酸根離子發(fā)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(diào)整pH，提供CO₃^2-，使Co²⁺沉淀為CoCO₃；
（4）碳酸鈉是強(qiáng)堿弱酸鹽，其溶液呈堿性，碳酸氫鈉中HCO₃^-水解程度大于電離程度，導(dǎo)致碳酸氫鈉溶液呈堿性，所以該物質(zhì)溶于水得稀溶液呈堿性，溶液中存在電荷守恒、物料守恒；
（5）根據(jù)關(guān)系式CoCl₂?6H₂O～CoCl₂求出CoCl₂?6H₂O的質(zhì)量，然后再根據(jù)差量法求出A物質(zhì)的化學(xué)式．

解答： 解：制備氧化鈷的大致流程為：制備流程為：廢料用堿液溶解，過濾得到偏鋁酸鈉溶液和鈷渣；用硫酸溶解鈷渣，發(fā)生反應(yīng)：4Co₃O₄+Na₂S₂O₃+11H₂SO₄=12CoSO₄+Na₂SO₄+11H₂O，得到含有鈷離子的溶液，然后調(diào)節(jié)溶液pH并用碳酸鈉溶液除去雜質(zhì)鋁離子，得到較純凈的含有鈷離子的溶液，再加入碳酸鈉、調(diào)節(jié)溶液的pH將鈷離子轉(zhuǎn)化成碳酸鈷沉淀，最后灼燒碳酸鈷得到氧化鈷，
（1）鋁和氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和氫氣，反應(yīng)的離子反應(yīng)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(fā)生氧化還原反應(yīng)生成CoSO₄、Na₂SO₄和H₂O，反應(yīng)方程式為：4Co₃O₄+Na₂S₂O₃+11H₂SO₄=12CoSO₄+Na₂SO₄+11H₂O，改寫成離子方程式為：4Co₂O₃?CoO+S₂O₃ ^2-+22H⁺=12Co²⁺+2SO₄^2-+11H₂O，
鹽酸具有還原性，能被Co₂O₃?CoO氧化生成有毒的氯氣而污染環(huán)境，所以不用鹽酸，
故答案為：4Co₂O₃?CoO+S₂O₃ ^2-+22H⁺=12Co²⁺+2SO₄^2-+11H₂O；Co₂O₃?CoO可氧化鹽酸產(chǎn)生Cl₂污染環(huán)境；
（3）碳酸鈉溶液在過程Ⅲ中鋁離子能與碳酸根離子發(fā)生雙水解生成氫氧化鋁和二氧化碳，反應(yīng)的兩種方式為：2Al³⁺+3CO₃^2-+3H₂O=2Al（OH）₃↓+3CO₂↑；
碳酸鈉溶液在過程Ⅳ中調(diào)整pH，提供CO₃^2-，使Co²⁺沉淀為CoCO₃，反應(yīng)的離子方程式為：Co²⁺+CO₃^2-=CoCO₃↓，
故答案為：2Al³⁺+3CO₃^2-+3H₂O=2Al（OH）₃↓+3CO₂↑；Co²⁺+CO₃^2-=CoCO₃↓；
（4）A．碳酸根離子水解、碳酸氫根離子水解程度大于電離程度導(dǎo)致溶液中堿性，所以c（OH^-）＞c（H⁺），碳酸根離子、碳酸氫根離子水解程度都較小，所以溶液中存在c（CO₃^2-）＞c（HCO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），故A正確；
B．溶液中存在電荷守恒c（Na⁺）+c（H⁺）=c（HCO₃^-）+2c（CO₃^2-）+c（OH^-），存在物料守恒3c（Na⁺）=5c（CO₃^2-）+5c（HCO₃^-）+5c（H₂CO₃），則3c（OH^-）=3c（H⁺）+2c（HCO₃^-）+5c（H₂CO₃）+2c（CO₃^2-），故B錯誤；
C．根據(jù)物料守恒可得：3c（Na⁺）=5c（CO₃^2-）+5c（HCO₃^-）+5c（H₂CO₃），所以3c（Na⁺）＞5c（CO₃^2-）+5c（HCO₃^-），故C正確；
D．溶液中存在電荷守恒c（Na⁺）+c（H⁺）=c（HCO₃^-）+2c（CO₃^2-）+c（OH^-），故D正確；
故答案為：ACD；
（5）根據(jù)圖象曲線變化可知，CoCl₂?6H₂O～CoCl₂
                            238       130    
                             m        65mg
則：

238

m

=

130

65mg

，
解得：m=119mg，
設(shè)A物質(zhì)的化學(xué)式為CoCl₂?nH₂O，則有：
   CoCl₂?6H₂O～CoCl₂?nH₂O△m
    238                  18（6-n）
   119mg                 119mg-83mg
則：

238

119mg

=

18(6-n)

119mg-83mg

，
解得：n=2，
所以A物質(zhì)的化學(xué)式為：CoCl₂?2H₂O，
故答案為：CoCl₂?2H₂O．

點(diǎn)評：本題考查了金屬及其化合物的性質(zhì)，考查氧化還原反應(yīng)、離子反應(yīng)、關(guān)系式計算等，題目難度中等，解答關(guān)鍵根據(jù)實(shí)驗(yàn)流程利用氧化還原反應(yīng)判斷發(fā)生的離子反應(yīng)，側(cè)重對學(xué)生綜合能力的考查，是一道質(zhì)量較好的能力考查題．