Question

12．利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料．LiOH可由电解法制备，钴氧化物可通过处理钴渣获得．
（1）利用如图1装置电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液．B极区电解液为LiOH溶液（填化学式），阳极电极反应式为2Cl^--2e^-=Cl₂↑，电解过程中Li⁺向B电极迁移（填“A”或“B”）．
（2）利用钴渣[含Co（OH）₃、Fe（OH）₃等]制备钴氧化物的工艺流程如图2：

Co（OH）₃溶解还原反应的离子方程式为2Co（OH）₃+4H⁺+SO₃^2-=2Co²⁺+SO₄^2-+5H₂O，在空气中煅烧CoC₂O₄生成钴氧化物和CO₂，测得充分煅烧后固体质量为2.41g，CO₂的体积为1.344L（标准状况），则钴氧化物的化学式为Co₃O₄．

Answer 1

分析 （1）电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液，由图可知，右侧生成氢气，则B中氢离子放电，可知B为阴极，在B中制备LiOH，Li⁺由A经过阳离子交换膜向B移动；A中为LiCl溶液，氯离子放电生成氯气；
（2）Co（OH）₃溶解还原反应为Co（OH）₃、H⁺、SO₃^2-的氧化还原反应；由制备流程可知，加硫酸溶解后为铁离子，再与亚硫酸钠发生氧化还原反应生成亚铁离子，在浸液中通入氧气时亚铁离子被氧化为铁离子；煅烧CoC₂O₄生成钴氧化物和CO₂，测得充分煅烧后固体质量为2.41g，CO₂的体积为1.344L（标准状况），n（CO₂）=$\frac{1.344L}{22.4L/mol}$=0.06mol，由化学式可知n（Co）=0.06mol×$\frac{1}{2}$=0.03mol，则氧化物中n（O）=$\frac{2.41g-0.03mol×59g/mol}{16g/mol}$=0.04mol，以此来解答．

解答 解：（1）电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液，由图可知，右侧生成氢气，则B中氢离子放电，可知B为阴极，在B中制备LiOH，B极区电解液为LiOH溶液；Li⁺由A经过阳离子交换膜向B移动；A中为LiCl溶液，氯离子放电生成氯气，则阳极反应式为2Cl^--2e^-=Cl₂↑，
故答案为：LiOH；2Cl^--2e^-=Cl₂↑；B；
（2）Co（OH）₃溶解还原反应为Co（OH）₃、H⁺、SO₃^2-的氧化还原反应，其离子反应为2Co（OH）₃+4H⁺+SO₃^2-=2Co²⁺+SO₄^2-+5H₂O；由制备流程可知，加硫酸溶解后为铁离子，再与亚硫酸钠发生氧化还原反应生成亚铁离子，在浸液中通入氧气时亚铁离子被氧化为铁离子，可知铁渣中铁元素的化合价为+3价；煅烧CoC₂O₄生成钴氧化物和CO₂，测得充分煅烧后固体质量为2.41g，CO₂的体积为1.344L（标准状况），n（CO₂）=$\frac{1.344L}{22.4L/mol}$=0.06mol，由化学式可知n（Co）=0.06mol×$\frac{1}{2}$=0.03mol，则氧化物中n（O）=$\frac{2.41g-0.03mol×59g/mol}{16g/mol}$=0.04mol，则n（Co）：n（O）=0.03mol：0.04mol=3：4，所以钴氧化物的化学式为Co₃O₄，
故答案为：2Co（OH）₃+4H⁺+SO₃^2-=2Co²⁺+SO₄^2-+5H₂O；Co₃O₄．

点评 本题为2015年山东高考题29题，侧重电化学、物质制备及混合物分离提纯的考查，把握原电池原理及制备流程中的反应为解答的关键，（2）中化学式的计算为解答的难点，题目难度不大．