Question

氧化钴(Co₂O₃)粉体材料在工业、电子、电讯等领域都有着广阔的应用前景。某铜钴矿石主要含有CoO(OH)、CoCO₃、Cu₂(OH)₂CO₃和SiO₂，其中还含有一定量的Fe₂O₃、MgO和CaO等。由该矿石制备Co₂O₃的部分工艺流程如下：

请回答下列问题：

（1）“浸泡”过程中，CoO(OH)可转化为CoSO₄，请将该反应的化学方程式补充完整：

2CoO(OH)+2H₂SO₄+□_______=□CoSO₄+□_______+□_______，_____________

（2）固体B的成分是______________________（填化学式）。

（3）向“沉铜”后的滤液中加入NaClO₃溶液的主要目的是___________________；若上述流程中固、液分离均采用过滤操作，则共有________________处使用该操作。

（4）根据图1、图2分析：

①矿石粉末浸泡的适宜条件应是________________________________。

②图2中铜、钴浸出率下降的可能原因是___________________________________。

（5）CoC₂O₄·2H₂O在空气中高温煅烧得到Co₂O₃的化学方程式是_____________。

（6）LiCoO₂可用于电动汽车的电池，其工作原理如右图所示，且电解质为一种能传导Li⁺的高分子材料，隔膜只允许Li⁺通过,电池反应式为：Li_xC₆+Li_1-xCoO₂ C₆ +LiCoO₂

 

①放电时，Li⁺移动的方向为_________→___________。（填“ 左”或“ 右”）

②放电时正极的电极反应式为______________________________________。

Answer

1 Na2SO3 2 1 Na2SO4 3 H2O CaF2、MgF2 将Fe2+氧化为Fe3+，再沉淀分离 6 温度：65℃～75℃、pH：0.5～1.5 pH升高后溶液中c(H+)浓度下降，使得溶解CoO(OH)、CoCO3、Cu2(OH)2CO3的能力下降 4 CoC2O4·2H2O+3O22Co2O3+8CO2+8H2O 左 右 Li1-xCoO2+xLi++xe-= LiCoO2

【解析】(1)“浸泡”过程中，CoO(OH)可转化为CoSO4，根据流程图和氧化还原反应的规律，反应中Co的化合价降低，则亚硫酸钠中S的化合价升高，配平后的方程式为2CoO(OH)+2H2SO4+ Na2SO3=CoSO4+ Na2SO4+3H2O，故答案为：Na2SO3；Na2SO4；3H2O；

(2)某铜钴矿石主要含有CoO(OH)、CoCO3、Cu2(OH)2CO3和SiO2，其中还含有一定量的Fe2O3、MgO和CaO等，根据(1)的分析，浸出液中含有CoSO4、Na2SO4，以及硫酸铜、硫酸镁、硫酸亚铁和少量硫酸钙，经过沉铜后加入氯酸钠将亚铁离子氧化，调节pH沉淀铁离子，得到的溶液中加入氟化钠主要生成氟化钙和氟化镁沉淀，故答案为：CaF2、MgF2；

(3)向“沉铜”后的滤液中加入NaClO3溶液的主要目的是将Fe2+氧化为Fe3+，再沉淀分离；若上述流程中固、液分离均采用过滤操作，则共有6处使用了过滤，分别为浸泡后取浸出液、沉铜、调节pH沉铁、加入氟化钠沉淀钙离子和镁离子、加入浓碳酸钠沉钴、碳酸钴用盐酸溶解后加入草酸铵生成草酸钴沉淀，故答案为：将Fe2+氧化为Fe3+，再沉淀分离；6；

(4)①根据图像，矿石粉末浸泡时的浸出率最高的条件为：温度在65℃-75℃、pH在0.5-1.5，故答案为：温度：65℃-75℃、pH：0.5-1.5；

②根据图像，pH升高后溶液中c(H+)浓度下降，使得溶解CoO(OH)、CoCO3、Cu2(OH)2CO3的能力下降，导致铜、钴浸出率下降，故答案为：pH升高后溶液中c(H+)浓度下降，使得溶解CoO(OH)、CoCO3、Cu2(OH)2CO3的能力下降；

(5)CoC2O4·2H2O在空气中高温煅烧得到Co2O3，钴元素的化合价升高，被空气中的氧气氧化，同时草酸根被氧化氧化生成二氧化碳和水，反应的化学方程式为4CoC2O4·2H2O+3O22Co2O3+8CO2+8H2O，故答案为：4CoC2O4·2H2O+3O22Co2O3+8CO2+8H2O；

(6)根据电池反应式LixC6+Li1-xCoO2C6 +LiCoO2知，负极反应式为LixC6-xe-=C6+xLi+、正极反应式为Li1-xCoO2+xLi++xe-=LiCoO2，充电时，阴极、阳极反应式与负极、正极反应式正好相反，所以左侧是负极、右侧是正极。

①放电时，Li+由负极通过隔膜移向正极，即移动的方向为左→右，故答案为：左；右；

②放电时，正极反应式为Li1-xCoO2+xLi++xe-=LiCoO2，故答案为：Li1-xCoO2+xLi++xe-= LiCoO2。