Question

9．一种含铝、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．从废料中回收氧化钴（CoO）的工艺流程如图1：

已知：物质溶解性：LiF难溶于水，Li₂CO₃微溶于水；
（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．则浸出钴的过程中，氧化剂和还原剂的物质的量之比为（产物中只有一种酸根）4：1．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，请分析不用盐酸浸出钴的主要原因Co₂O₃•CoO+8H⁺+2Cl^-=3Co²⁺+Cl₂↑+4H₂O（或Co₂O₃+6H⁺+2Cl^-=2Co²⁺+Cl₂↑+3H₂O）（用离子方程式表示）．
（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IV中起的作用是调整pH，提供CO₃^2-，使Co²⁺沉淀为CoCO₃．
（5）CoO溶于盐酸可得粉红色的CoCl₂溶液．CoCl₂含结晶水数目不同而呈现不同颜色，利用蓝色的无水CoCl₂吸水变色这一性质可制成变色水泥和显隐墨水．图2是粉红色的CoCl₂•6H₂O晶体受热分解时，剩余固体质量随温度变化的曲线，A物质的化学式是CoCl₂•2H₂O．

Answer 1

分析 操作Ⅰ利用了铝能溶解在氢氧化钠溶液的性质，将铝从废料中分离出来，过滤后得到含Co₂O₃•CoO的钴渣，再用酸溶解过滤后得到含Co³⁺及Al³⁺、Li⁺的滤液，通过调整溶液的pH得到Al（OH）₃和LiF沉淀，再过滤得到含Co³⁺的滤液，再滴加Na₂CO₃溶液得到CoCO₃沉淀，经过滤、洗涤沉淀，最后将CoCO₃进行加热分解可得CoO粉末，
（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）
（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）根据关系式CoCl₂•6H₂O～CoCl₂求出CoCl₂•6H₂O的质量，然后再根据差量法求出A物质的化学式．

解答 解：操作Ⅰ利用了铝能溶解在氢氧化钠溶液的性质，将铝从废料中分离出来，过滤后得到含Co₂O₃•CoO的钴渣，再用酸溶解过滤后得到含Co³⁺及Al³⁺、Li⁺的滤液，通过调整溶液的pH得到Al（OH）₃和LiF沉淀，再过滤得到含Co³⁺的滤液，再滴加Na₂CO₃溶液得到CoCO₃沉淀，经过滤、洗涤沉淀，最后将CoCO₃进行加热分解可得CoO粉末，
 （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，由方程式可知氧化剂和还原剂的物质的量之比为4：1，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，反应的离子方程式为Co₂O₃•CoO+8H⁺+2Cl^-=3Co²⁺+Cl₂↑+4H₂O（或Co₂O₃+6H⁺+2Cl^-=2Co²⁺+Cl₂↑+3H₂O），
故答案为：4：1；Co₂O₃•CoO+8H⁺+2Cl^-=3Co²⁺+Cl₂↑+4H₂O（或Co₂O₃+6H⁺+2Cl^-=2Co²⁺+Cl₂↑+3H₂O）；
（3）加入氟化钠，可生成LiF沉淀，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：LiF；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）CoCl₂•6H₂O～CoCl₂
        238             130    
         m             65mg
 $\frac{\;\;238\;}{\;m\;}=\frac{130}{\;65mg}$  解得：m=119mg
 A物质的化学式为CoCl₂•nH₂O，则有：
   CoCl₂•6H₂O～CoCl₂•nH₂O△m
    238                       18（6-n）
   119mg                      119mg-83mg
$\frac{\;\;\;238\;\;}{\;119mg\;}$=$\frac{\;\;18（6-n）}{119mg-83mg}$，解得：n=2，
所以A物质的化学式为：CoCl₂•2H₂O，
故答案为：CoCl₂•2H₂O．

点评 本题考查了金属及其化合物的性质，考查氧化还原反应、离子反应、关系式计算等，难度中等，关键根据实验流程利用氧化还原反应判断发生的离子反应，是对学生综合能力的考查，是一道不错的能力考查题．