Question

3．Co_xFe_3-xO₄磁粉是一种比较好的高矫顽力磁粉．工业上以FeSO₄为原料制备Co_xFe_3-xO₄的主要步骤如下：
FeSO₄$\stackrel{①}{→}$FeOOH晶种$\stackrel{②}{→}$FeOOH$\stackrel{③}{→}$Fe₂O₃$\stackrel{④}{→}$Fe₃O₄$→_{⑤}^{CoSO_{4}溶液}$
（1）步骤①是在FeSO₄溶液中加入NaOH溶液，在40℃下搅拌生成FeOOH晶种．生成晶种的化学方程式为4FeSO₄+8NaOH+O₂$\frac{\underline{\;40℃\;}}{\;}$4FeOOH+4Na₂SO₄+2H₂O；
（2）步骤③将FeOOH固体在200～300℃下加热脱水，生成红色Fe₂O₃．实验室完成该操作需要下列仪器中的cde（填字母）．
a．蒸发皿　　b．烧杯　　c．坩埚　　d．泥三角　　e．酒精灯
（3）步骤④通入H₂，加热至300～400℃，生成Fe₃O₄．通入H₂前要向加热炉中通入N₂，其作用为排尽装置中的空气，防止氢气与氧气混合反应爆炸．
（4）步骤⑤加入CoSO₄溶液，所得粗产品经过滤、洗涤、干燥即得成品．检验粗产品洗涤干净的实验操作和现象是取最后一次洗涤滤出液少许于试管中，滴加氯化钡溶液，如果不产生白色沉淀，则表明洗涤干净．
（5）某研究小组欲用锂离子电池正极废料（含LiCoO₂、铝箔、铁的氧化物）制备CoSO₄•7H₂O晶体．下表列出了相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH（开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0mol•L^-1计算）．

金属离子	开始沉淀的pH	沉淀完全的pH
Fe3+	1.1	3.2
Fe2+	5.8	8.8
Co2+	6.9	9.4

请完成下列实验步骤（可选用的试剂：H₂O₂、稀硝酸、稀硫酸、NaOH溶液）．
①用N-甲基吡咯烷酮在120℃下浸洗正极废料，使LiCoO₂与铝箔分离，得到LiCoO₂粗品并回收铝．
②用稀硫酸溶解LiCoO₂，并加入过量H₂O₂．
③向所得粗品CoSO₄溶液中加入NaOH溶液，调节pH约为5，过滤．
④向③所得滤液中加入NaOH溶液，调节pH至9.4，过滤，洗涤得到Co（OH）₂沉淀．
⑤将Co（OH）₂沉淀溶于稀硫酸中，蒸发浓缩、降温结晶，得到CoSO₄•7H₂O晶体．

Answer 1

分析 （1）由题目信息，二价Fe被氧化为三价Fe，可知该反应的反应物为FeSO₄、NaOH和O₂，产物为FeOOH，同时生成Na₂SO₄，书写配平方程式；
（2）加热固体用坩埚，与其配套的有泥三角、三脚架、坩埚钳、酒精灯等；
（3）氢气易燃，在有氧气存在下加热会发生爆炸，故先用氮气排尽空气；
（4）取最后一次洗涤滤出液少许于试管中，滴加氯化钡溶液，检验是否含有硫酸根离子；
（5）第①分离出LiCoO₂粗品，第②应用硫酸溶解粗品，用双氧化水把生成的杂质亚铁离子氧化为铁离子，可以用双氧化水；第③沉淀除去铁离子，得到纯净的溶液，第④应得到Co（OH）₂沉淀，应加入氢氧化钠溶液调节pH≥9.4，使钴沉淀完全，并洗涤、干燥得到纯净物．

解答 解：（1）由题目信息，二价Fe被氧化为三价Fe，可知该反应的反应物为FeSO₄、NaOH和O₂，产物为FeOOH，同时生成Na₂SO₄，配平书写方程式为：4FeSO₄+8NaOH+O₂$\frac{\underline{\;40℃\;}}{\;}$4FeOOH+4Na₂SO₄+2H₂O，
故答案为：4FeSO₄+8NaOH+O₂$\frac{\underline{\;40℃\;}}{\;}$4FeOOH+4Na₂SO₄+2H₂O；
（2）加热固体用坩埚，与其配套的有泥三角、三脚架、坩埚钳、酒精灯等，故选：cde；
（3）氢气易燃，在有氧气存在下加热会发生爆炸，故先用氮气排尽空气，防止氢气与氧气混合反应爆炸，
故答案为：排尽装置中的空气，防止氢气与氧气混合反应爆炸；
（4）产品洗涤不干净，会附着硫酸盐，检验洗涤滤出液中是否含有硫酸根离子判断是否洗涤干净，检验粗产品洗涤干净的实验操作和现象是：取最后一次洗涤滤出液少许于试管中，滴加氯化钡溶液，如果不产生白色沉淀，则表明洗涤干净，
故答案为：取最后一次洗涤滤出液少许于试管中，滴加氯化钡溶液，如果不产生白色沉淀，则表明洗涤干净；
（5）第①分离出LiCoO₂粗品，第②应用硫酸溶解粗品，用双氧化水把生成的杂质亚铁离子氧化为铁离子，可以用双氧化水；第③沉淀除去铁离子，得到纯净的溶液，第④应得到Co（OH）₂沉淀，应加入氢氧化钠溶液调节pH≥9.4，使钴沉淀完全，并洗涤、干燥得到纯净物，
故答案为：9.4；洗涤得到Co（OH）₂沉淀．

点评 本题考查实验制备方案，涉及基本操作、对实验方案的分析评价、离子检验等，需要学生具备扎实的基础与运用知识分析解决问题的能力，难度中等．