Question

【题目】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，某学生设计流程如图（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见表．

	Fe3+	Co2+	Co3+	Al3+
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）写出步骤Ⅱ中Co2O3与盐酸反应生成Cl2的离子方程式： 。

（2）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 ；废渣中的主要成分除了LiF外，还有 。

（3）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 。

（4）在空气中加热5．49g草酸钴晶体（CoC2O4·2H2O）样品，受热过程中不同温度范围内分别得到一种固体物质，其质量如表．已知：M（CoC2O4·2H2O）=183g/mol

温度范围/℃	固体质量/g
150～210	4．41
290～320	2．41
890～920	2．25

经测定，210～290℃过程中产生的气体只有CO2，此过程发生反应的化学方程式是 。温度高于890℃时，固体产物发生分解反应，固体产物为 。

Answer 1

【答案】（1）Co2O3+6H++2Cl﹣=2 Co2++Cl2↑+3H2O；

（2）7．15；Fe（OH）3；

（3）降低溶液中Li+浓度，避免步骤Ⅳ中产生Li2CO3沉淀；

（4）3CoC2O4+2O2Co3O4+6CO2；CoO

【解析】

试题分析：（1）氧化钴氧化盐酸溶液中氯化氢为氯气，结合原子守恒和电子守恒分析配平书写离子方程式，钴元素化合价降低为+2价．氯元素化合价﹣1价变化为0价，反应的离子方程式：Co2O3+6H++2Cl﹣=2Co2++Cl2↑+3H2O；

（2）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，废渣中的主要成分除了LiF外还有Fe（OH）3；

（3）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；

（4）计算晶体物质的量n=5．49g÷183g/mol=0．03mol，失去结晶水应为0．06mol，固体质量变化=0．06mol×18g/mol=1．08g，根据图表数据可知，150～210固体质量变化=5．49g=4．41g=1．08g，说明210°C失去结晶水得到CoC2O4，210～290℃过程中是CoC2O4发生的反应，210～290℃过程中产生的气体只有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，说明不是分解反应，参加反应的还有氧气，则反应的氧气质量=2．64g﹣2g=0．64g，O2物质的量=0．64g÷32g/mol=0．02mol；n（CoC2O4）：n（O2）：n（CO2）=0．03：0．02：0．06=3：2：6，依据原子守恒配平书写反应的化学方程式为3CoC2O4+2O2 Co3O4+6CO2，温度高于890℃时，固体产物发生分解反应，得到固体的质量为2．25g，根据前面的计算可知，固体中只含有钴元素和氧元素，其中含有钴元素的质量为0．03×59g=1．77g，所以固体中含有氧元素的质量为0．48g，其物质的量是来0．03mol，所以固体中钴原子与氧原子的物质的量之比为0．03：0．03=1：1，所以固体的化学式为CoO。