Question

Co_xFe_3－xO₄磁粉是一種比較好的高矯頑力磁粉。工業(yè)上以FeSO₄為原料制備Co_xFe_3－xO₄的主要步驟如下：

（1）步驟①是在FeSO₄溶液中加入NaOH溶液，在40℃下攪拌生成FeOOH晶種。生成晶種的化學(xué)方程式為      ；
（2）步驟②將晶種移到放有FeSO₄溶液和鐵皮的生長(zhǎng)槽中，升溫到60℃，吹入空氣，待晶種長(zhǎng)大到一定尺寸后，過(guò)濾、水洗、干燥，得FeOOH粉末。生長(zhǎng)槽中放入鐵皮的目的是      ，吹入空氣的作用為        。
（3）步驟③將FeOOH在200～300℃下加熱脫水，生成紅色Fe₂O₃。實(shí)驗(yàn)室完成該操作需要下列儀器中的        (填字母)。
a．蒸發(fā)皿　　b．燒杯　　c．坩堝　　d．泥三角　　e．酒精燈
（4）步驟④通入H₂，加熱至300～400℃，生成Fe₃O₄。通入H₂前要向加熱爐中通入N₂，其作用為        。
（5）步驟⑤加入CoSO₄溶液，所得粗產(chǎn)品經(jīng)過(guò)濾、洗滌、干燥即得成品。檢驗(yàn)粗產(chǎn)品洗滌干凈的實(shí)驗(yàn)操作和現(xiàn)象是        。
（6）某研究小組欲用鋰離子電池正極廢料(含LiCoO₂、鋁箔、鐵的氧化物)制備CoSO₄·7H₂O晶體。下表列出了相關(guān)金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH(開(kāi)始沉淀的pH按金屬離子濃度為1.0 mol·L^－1計(jì)算)。

金屬離子	開(kāi)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

 
請(qǐng)完成下列實(shí)驗(yàn)步驟(可選用的試劑：H₂O₂、稀硝酸、稀硫酸、NaOH溶液)：
①用N－甲基吡咯烷酮在120℃下浸洗正極廢料，使LiCoO₂與鋁箔分離，得到LiCoO₂粗品并回收鋁。
②        。
③向所得粗品CoSO₄溶液中加入NaOH溶液，調(diào)節(jié)pH約為5，過(guò)濾。
④        。
⑤將Co(OH)₂沉淀溶于稀硫酸中，蒸發(fā)濃縮、降溫結(jié)晶，得到CoSO₄·7H₂O晶體。

Answer 1

（1）4FeSO₄＋8NaOH＋O₂4FeOOH＋4Na₂SO₄＋2H₂O(2分)
（2）消耗硫酸，生成FeSO₄(2分)
氧化FeSO₄生成FeOOH，使晶種生長(zhǎng)(2分)
（3）cde(2分)
（4）除去空氣，防止氫氣與氧氣混合反應(yīng)爆炸(1分)
（5）取最后一次洗滌濾出液少許于試管中，滴加氯化鋇溶液，如果不產(chǎn)生白色沉淀，則表明洗滌干凈
(2分)
（6）②用稀硫酸溶解LiCoO₂，并加入過(guò)量H₂O₂(2分)
④向③所得濾液中加入NaOH溶液，調(diào)節(jié)pH至9.4，過(guò)濾，洗滌得到Co(OH)₂沉淀(2分)

試題分析：（1）該反應(yīng)的反應(yīng)物為FeSO₄、NaOH和O₂，產(chǎn)物為FeOOH；（2）在此條件下反應(yīng)生成酸，會(huì)對(duì)導(dǎo)致晶種溶解，鐵反應(yīng)消耗掉生成的硫酸，同時(shí)補(bǔ)充原料FeSO₄；溶液中鐵為+2價(jià)，通入氧氣為氧化劑，使其被氧化為+3鐵；（3）加熱固體用坩堝，與其配套的有泥三角、三腳架、坩堝鉗、酒精燈等；（4）氫氣易燃，在有氧氣存在下加熱會(huì)發(fā)生爆炸，故先用氮?dú)馀疟M空氣；（5）取最后一次洗滌濾出液少許于試管中，滴加氯化鋇溶液，如果不產(chǎn)生白色沉淀，則表明洗滌干凈；（6）第①分離出LiCoO₂粗品，第③得CoSO₄溶液，并沉淀除去鐵離子，故第②應(yīng)用硫酸溶解粗品，且需把生成的雜質(zhì)亞鐵離子氧化為鐵離子，可以用雙氧化水；第③得到純凈的溶液，第④應(yīng)得到Co(OH)₂沉淀，應(yīng)加入氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH≥9.4,使鈷沉淀完全，并洗滌、干燥得到純凈物。