Question

【題目】鈷（Co）及其化合物在工業上有廣泛應用。為從某工業廢料中回收鈷，某學生設計流程如下（廢料中含有Al、Li、Co2O3和Fe2O3等物質）．

已知：①物質溶解性：LiF難溶于水，Li2CO3微溶于水；

②部分金屬離子形成氫氧化物沉淀的pH見下表．

	Fe3+	Co2+	Co3+	Al3+
pH（開始沉淀）	1.9	7.15	﹣0.23	3.4
pH（完全沉淀）	3.2	9.15	1.09	4.7

請回答：

（1）步驟Ⅰ中得到含鋁溶液的反應的離子方程式是______．

（2）寫出步驟Ⅱ中Co2O3與鹽酸反應生成Cl2的離子方程式：______．

（3）步驟Ⅲ中Na2CO3溶液的作用是調節溶液的pH，應使溶液的pH不超過______；廢渣中的主要成分除了LiF外，還有______．

（4）NaF與溶液中的Li+形成LiF沉淀，此反應對步驟Ⅳ所起的作用是______．

（5）在空氣中加熱5.49g草酸鈷晶體（CoC2O42H2O）樣品，受熱過程中不同溫度范圍內分別得到一種固體物質，其質量如表．

溫度范圍/℃	固體質量/g
150～210	4.41
290～320	2.41
890～920	2.25

①加熱到210℃時，固體質量減輕的原因是______．

②經測定，加熱到210～290℃過程中的生成物只有CO2和鈷的氧化物，此過程發生反應的化學方程式為：____．

Answer 1

【答案】2Al+2OH﹣+2H2O=2AlO2﹣+3H2↑Co2O3+6H++2Cl﹣=2Co2++Cl2↑+3H2O7.15Fe（OH）3降低溶液中Li+濃度，避免步驟Ⅳ中產生Li2CO3沉淀失去結晶水3CoC2O4+2O2Co3O4+6CO2

【解析】

根據鋁的性質寫出鋁與氫氧化鈉溶液反應方程式；由已知Co2O3與鹽酸反應生成Cl2知發生的是氧化還原反應，依據得失電子守進行配平；依據表中數據分析判斷知道加入碳酸鈉是調節溶液PH的；根據LiF難溶于水，Li2CO3微溶于水，加NaF將Li+生成LiF沉淀，降低溶液中Li+濃度，避免步驟Ⅳ中產生Li2CO3沉淀混入CoCO3。加熱固體質量減輕的原因是失去結晶水。

步驟Ⅰ中鋁與氫氧化鈉反應生成偏鋁酸鈉和氫氣，反應的離子方程式：2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑；答案：2Al+2OH﹣+2H2O=2AlO2﹣+3H2↑。

（2）Co2O3與鹽酸反應生成Cl2，反應中鈷元素化合價由+3價降低為+2價．氯元素化合價-1價變化為0價，依據得失電子守恒可知Co2O3的系數為1，Cl-的系數為2，結合原子個數守恒，反應的離子方程式：Co2O3+6H++2Cl-=2Co2++Cl2↑+3H2O；答案：Co2O3+6H++2Cl﹣=2Co2++Cl2↑+3H2O

（3）依據表中數據分析判斷加入碳酸鈉調節溶液使溶液PH增大，沉淀鐵離子和鋰離子，但不能沉淀鈷離子，步驟Ⅲ中Na2CO3溶液的作用是調節溶液的pH，應使溶液的pH不超過7.15，故pH的取值范圍是3.2≤pH＜7.15；根據信息知LiF難溶于水，廢渣中的主要成分為LiF和Fe(OH)3，所以答案為7.15 Fe(OH)3。

（4）因為LiF難溶于水，Li2CO3微溶于水。所以用NaF將Li+生成LiF沉淀，降低溶液中Li+濃度，避免步驟Ⅳ中產生Li2CO3沉淀混入CoCO3。
（5）①5.49 g 即0.03mol的CoC2O4·2H2O在150210℃時,質量減少=5.49-4.413=1.08g,即0.06mol的水，加熱到210℃時，固體質量減輕的原因是失去結晶水。答案：失去了結晶水。

②加熱到210～290℃過程中CoC2O4分解的生成物只有CO2和鈷的氧化物，此過程發生反應的化學方程式為：3CoC2O4+2O2Co3O4+6CO2。