Question

15．某矿石中除含SiO₂外，还有9.24% CoO、2.78% Fe₂O₃、0.96% MgO、0.084% CaO，从该矿石中提取钴的主要工艺流程如图1：

（1）在一定浓度的H₂SO₄溶液中，钴的浸出率随时间、温度的变化如图2所示．考虑生产成本和效率，最佳的浸出时间为12小时，最佳的浸出温度为90℃．
（2）请配平下列除铁的化学方程式：Fe₂（SO₄）₃+H₂O+Na₂CO₃═Na₂Fe₆（SO₄）₄（OH）₁₂↓+Na₂SO₄+CO₂↑
（3）“除钙、镁”的原理反应如下：MgSO₄+2NaF═MgF₂↓+Na₂SO₄； CaSO₄+2NaF═CaF₂↓+Na₂SO₄．
已知K_SP（CaF₂）=1.11×10^-10、K_SP（MgF₂）=7.40×10^-11，加入过量NaF溶液反应完全后过滤，则滤液中的$\frac{c（C{a}^{2+}）}{c（M{g}^{2+}）}$=1.5．（可以用分数表示）
（4）“沉淀”中含杂质离子主要有SO₄^2-、NH₄⁺、Na⁺；还需进行的“操作X”名称为洗涤、干燥．
（5）某锂离子电池正极是LiCoO₂，含Li⁺导电固体为电解质．充电时，Li⁺还原为Li，并以原子形式嵌入电池负极材料碳-6（C₆）中，电池反应为LiCoO₂+C₆ $?_{放电}^{充电}$CoO₂+LiC₆．LiC₆中Li的化合价为0价．该电池放电时，正极反应方程式为7g．

Answer 1

分析 水钴矿磨矿将矿石粉碎，增大接触面积，加快反应速率，加入稀硫酸，矿渣为SiO₂，滤液中含有：CoSO₄、Fe₂（SO₄）₃、MgSO₄、CaSO₄，加入碳酸钠，除去Fe₂（SO₄）₃，加入氟化钠，除去钙镁，过滤得主要含CoSO₄的溶液，加入草酸铵，通过沉淀、过滤、洗涤、干燥得到四水合草酸钴，
（1）根据浸出率与时间和温度的关系及生产成本分析；
（2）根据原子守恒配平方程式；
（3）$\frac{c（C{a}^{2+}）}{c（M{g}^{2+}）}$=$\frac{Ksp（CaF{\;}_{2}）}{Ksp（MgF{\;}_{2}）}$；
（4）根据流程图中加入的物质分析，该沉淀中吸附易溶于水的离子；得到的沉淀要进行洗涤和干燥，才能得到较纯净、干燥的物质；
（5）放电时，该电池是原电池，正极上得电子发生还原反应，依据负极电极材料和题干信息分析计算．

解答 解：（1）根据图知，时间越长浸出率越高，温度越高，浸出率越高，但浸出12小时后，浸出率变化不大，90℃和120℃浸出率变化不大，且时间过长、温度过高导致成本较大，所以最佳的浸出时间为12小时，最佳的浸出温度为90℃，故答案为：12；90；
（2）根据原子守恒配平方程式，所以其方程式为：3Fe₂（SO₄）₃+6H₂O+6Na₂CO₃=Na₂Fe₆ （SO₄）₄（OH）₁₂↓+5Na₂SO₄+6CO₂↑，故答案为：3，6，6，1，5，6；
（3）$\frac{c（C{a}^{2+}）}{c（M{g}^{2+}）}$=$\frac{Ksp（CaF{\;}_{2}）}{Ksp（MgF{\;}_{2}）}$=$\frac{1.1×10{\;}^{-10}}{7.40×10{\;}^{-11}}$=1.5，故答案为：1.5；
（4）该沉淀中吸附易溶于水的离子，根据流程图知，溶液中含有铵根离子和钠离子，所以沉淀上含有铵根离子和钠离子，得到的沉淀要进行洗涤和干燥才能得到较纯净、干燥的物质，
故答案为：SO₄^2-、NH₄⁺、Na⁺；洗涤、干燥；
（5）放电时，该电池是原电池，正极上得电子发生还原反应，电极反应式为：CoO₂+Li⁺+e^-=LiCoO₂，充电时，Li⁺还原为Li，并以原子形式嵌入电池负极材料碳-6（C₆）中，所以负极为LiC₆中Li的化合价为0价，若放电时有1mol e^-转移，CoO₂+Li⁺+e^-=LiCoO₂，正极质量增加为1molLi+的质量=1mol×7g/mol=7g；
故答案为：0；7g．

点评 本题考查难溶电解质的溶解平衡、电极反应式的书写、物质的分离和提纯等知识点，难点是（3）题，明确溶度积常数的含义是解此题关键，电极反应式的书写是学习难点，要结合电解质溶液的酸碱性书写，难度中等．