Question

6．一种含铝、锂、钴的新型电子材料，生产中产生的废料数量可观，废料中的铝以金属铝箔的形式存在；钴以钴以Co₂O₃•CoO的形式存在，吸附在铝箔的单面或双面，锂混杂于其中．从该废料中回收（CoO）  的工艺流程如图：

（1）过程I中采用NaOH溶液溶出废料中的Al，反应的离子方程式为2Al+2OH^-+2H₂O=+2AlO₂^-+3H₂↑．
（2）过程II中加入稀H₂SO₄酸化后，再加入Na₂S₂O₃溶液浸出钴．则浸出钴的化学反应方程式为（产物中只有一种酸根）4Co₃O₄+Na₂S₂O₃+11H₂SO₄=12CoSO₄+Na₂SO₄+11H₂O．在实验室模拟工业生产时，也可用盐酸浸出钴，但实际工业生产中不用盐酸，请从反应原理分析不用盐酸浸出钴的主要原因Co₂O₃•CoO可氧化盐酸产生Cl₂污染环境．
（3）过程Ⅲ得到锂铝渣的主要成分是LiF和Al（OH）₃，碳酸钠溶液在产生Al（OH）₃时起重要作用，请写出该反应的离子方程式2Al³⁺+3CO₃^2-+3H₂O=2Al（OH）₃↓+3CO₂↑．
（4）碳酸钠溶液在过程III和IV中所起作用有所不同，请写出在过程IV中起的作用是调整pH，提供CO₃^2-，使Co²⁺沉淀为CoCO₃．
（5）在Na₂CO₃溶液中存在多种粒子，下列各粒子浓度关系正确的是BCD（填序号）．
A．c（Na⁺）=2c（CO₃^2-）               B．c（Na⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（HCO₃^-）
C．c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（H⁺）            D．c（OH^-）-c（H⁺）=c（HCO₃^-）+2c（H₂CO₃）

Answer 1

分析 废料用碱液溶解，过滤得到偏铝酸钠溶液和钴渣；用硫酸溶解钴渣，发生反应：4Co₃O₄+Na₂S₂O₃+11H₂SO₄=12CoSO₄+Na₂SO₄+11H₂O，得到含有钴离子的溶液，然后调节溶液pH并用碳酸钠溶液除去杂质铝离子，得到较纯净的含有钴离子的溶液，再加入碳酸钠、调节溶液的pH将钴离子转化成碳酸钴沉淀，最后灼烧碳酸钴得到氧化钴，
（1）铝和氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和氢气，注意该反应中水是反应物；
（2）Co₃O₄和硫代硫酸根离子在酸性条件下发生氧化还原反应生成硫酸根离子、二价钴离子和水；盐酸具有还原性，能被Co₂O₃•CoO氧化生成有毒的氯气；
（3）根据铝离子能与碳酸根离子发生双水解生成氢氧化铝和二氧化碳；
（4）碳酸钠溶液在过程Ⅲ中铝离子能与碳酸根离子发生双水解生成氢氧化铝和二氧化碳；碳酸钠溶液在过程Ⅳ中调整pH，提供CO₃^2-，使Co²⁺沉淀为CoCO₃；
（5）碳酸钠为强碱弱酸盐，水解呈碱性，且以第一步水解为主，结合电荷守恒、物料守恒解答．

解答 解：（1）铝和氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和氢气，反应的离子反应方程式为：2Al+2OH^-+2H₂O=+2AlO₂^-+3H₂↑，
故答案为：2Al+2OH^-+2H₂O=+2AlO₂^-+3H₂↑；
（2）Co₃O₄和Na₂S₂O₃在酸性条件下发生氧化还原反应生成CoSO₄、Na₂SO₄和H₂O，反应方程式为：4Co₃O₄+Na₂S₂O₃+11H₂SO₄=12CoSO₄+Na₂SO₄+11H₂O；盐酸具有还原性，能被Co₂O₃•CoO氧化生成有毒的氯气而污染环境，所以不能盐酸，
故答案为：4Co₃O₄+Na₂S₂O₃+11H₂SO₄=12CoSO₄+Na₂SO₄+11H₂O；Co₂O₃•CoO可氧化盐酸产生Cl₂污染环境；
（3）铝离子能与碳酸根离子发生双水解生成氢氧化铝和二氧化碳，水解的离子方程式为：2Al³⁺+3CO₃^2-+3H₂O=2Al（OH）₃↓+3CO₂↑；
故答案为：2Al³⁺+3CO₃^2-+3H₂O=2Al（OH）₃↓+3CO₂↑；
（4）碳酸钠溶液在过程Ⅲ中铝离子能与碳酸根离子发生双水解生成氢氧化铝和二氧化碳；碳酸钠溶液在过程Ⅳ中调整pH，提供CO₃^2-，使Co²⁺沉淀为CoCO₃；
故答案为：调整pH，提供CO₃^2-，使Co²⁺沉淀为CoCO₃；
（5）A．由物料守恒可知c（Na⁺）=2c（HCO₃^-）+2c（CO₃^2-）+2c（H₂CO₃），故A错误；
B．碳酸根离子发生水解，且以第一步水解为主，所以溶液中离子浓度：c（Na⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（HCO₃^-），故B正确；
C．碳酸根离子发生水解，水解呈碱性，且存在两步水解，则溶液中离子浓度：c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（H⁺），故C正确；
D．Na₂CO₃溶液中质子守恒：c（OH^-）-c（H⁺）═c（HCO₃^-）+2c（H₂CO₃），故D正确；
故答案为：BCD．

点评 本题考查物质分离和提纯、离子浓度大小比较等知识点，为高频考点，侧重考查学生的分析能力、实验能力和计算能力，明确物质性质、各物质之间的关系、常见物质分离提纯方法等知识点是解本题关键，知道流程图中发生的反应及基本操作方法．