Question

钴(Co)及其化合物在工业上有广泛应用。为从某工业废料中回收钴，某学生设计流程如下(废料中含有Al、Li、Co₂O₃和Fe₂O₃等物质)。

已知：①物质溶解性：LiF难溶于水，Li₂CO₃微溶于水；

②部分金属离子形成氢氧化物沉淀的pH见下表：

	Fe^3+	Co^2+	Co^3+	Al^3+
pH(开始沉淀)	1.9	7.15	-0.23	3.4
pH(完全沉淀)	3.2	9.15	1.09	4.7

请回答：

（1）步骤Ⅰ中得到含铝溶液的反应的离子方程式是____________________________。

（2）写出步骤Ⅱ中Co₂O₃与盐酸反应的离子方程式_________________________

（3）步骤Ⅲ中Na₂CO₃溶液的作用是调节溶液的pH，应使溶液的pH不超过__________。废渣中的成分有______________________。

（4）NaF与溶液中的Li⁺形成LiF沉淀，此反应对步骤Ⅳ所起的作用是___________。

（5）在空气中加热CoC₂O₄固体，经测定，210~290℃的过程中只产生CO₂和一种二化合物，该化合物中钴元素的质量分数为73.44%。此过程发生反应的化学方程式是_________________。

（6）某锂离子电池的总反应为C＋LiCoO₂ Li_xC＋Li_1－xCoO₂，Li_xC中Li的化合价为______价，该锂离子电池充电时阳极的电极反应式为______________。

Answer

（1）2Al + 2OH- + 2H2O = 2AlO2-+ 3H2↑（2）Co2O3 + 6H+ + 2Cl- = 2Co2+ + Cl2 + 3H2O

（3）7.15；LiF Fe(OH)3（4）降低溶液中Li+浓度，避免步骤Ⅳ中产生Li2CO3沉淀。

（5）3CoC2O4 + 2O2 Co3O4 + 6CO2 （6）0； LiCoO2 - xe- = Li1－xCoO2 + xLi+

【解析】

试题分析：（1）步骤Ⅰ中铝与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和氢气，反应的离子方程式：2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑；故答案为：2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑；

（2）Co2O3与盐酸反应生成Cl2，反应中钴元素化合价降低为+2价．氯元素化合价-1价变化为0价，依据得失电子守恒可知Co2O3的系数为1，Cl-的系数为2，结合原子个数守恒，反应的离子方程式：Co2O3+6H++2Cl-=2Co2++Cl2↑+3H2O；故答案为：Co2O3+6H++2Cl-=2Co2++Cl2↑+3H2O；

（3）依据表中数据分析判断加入碳酸钠调节溶液PH，沉淀铁离子和锂离子，但不能沉淀钴离子，步骤Ⅲ中Na2CO3溶液的作用是调节溶液的pH，应使溶液的pH不超过7.15，废渣中的主要成分为LiF和Fe(OH)3；故答案为：7.15； LiF，Fe(OH)3；

（4）NaF与溶液中的Li+形成LiF沉淀，此反应对步骤Ⅳ所起的作用是，降低溶液中Li+浓度，避免步骤Ⅳ中产生Li2CO3沉淀；故答案为：降低溶液中Li+浓度，避免步骤Ⅳ中产生Li2CO3沉淀；

（5）210℃～290℃过程中是CoC2O4发生的反应，产生的气体只有CO2 ，依据元素守恒得到生成CO2物质的量为0.06mol，质量=0.06mol×44g/mol=2.64g，气体质量共计减小=4.41g-2.41g=2g，说明说明有气体参加反应应为氧气，则反应的氧气质量=2.64g-2g=0.64g，O2物质的量==0.02mol，则：n(CoC2O4):n(O2):n(CO2)=0.03:0.02:0.06=3:2:6，方程式计量系数之比等于转化量之比，所以该反应的方程式为：3CoC2O4+2O2Co3O4+6CO2；故答案为：3CoC2O4+2O2Co3O4+6CO2；

（6）LiCoO2中锂元素化合价为+1价，则依据放电为原电池反应，锂元素化合价升高发生氧化反应分析判断，LixC中锂元素化合价为0价，是锂单质镶嵌在碳中做原电池负极，由锂离子电池的总反方程式可知C+LiCoO2→LixC+Li1-xCoO2为充电过程即为电解池，则锂硫电池给锂离子电池充电，LiCoO2为阳极失电子发生氧化反应：LiCoO2-xe-=Li1-xCoO2 +xLi+，C为阴极得电子发生还原反应：C+xe-+xLi+=LixC，故答案为：0，LiCoO2-xe-=Li1-xCoO2+xLi+。

【考点定位】考查物质的分离提纯和鉴别

【名师点晴】本题通过从某工业废料中回收钴的工艺流程考查了化学方程式、离子方程式书写，确各个阶段固体成分及先后分解生成物成分是解本题关键。本题的工艺流程为：废料加入氢氧化钠溶液碱浸，得到钴渣，加入盐酸溶解后发生氧化还原反应，氧化钴氧化氯离子为氯气，过滤得到酸溶的溶液加入碳酸钠溶液和NaF溶液净化，除去锂离子和铁离子，在滤液中加入碳酸钠溶液沉淀钴离子为碳酸钴沉淀，加入盐酸和草酸铵溶液得到草酸钴晶体，高温分解得到氧化钴。