Question

【題目】某工業(yè)廢料中主要含有Al2O3、Co2O3CoO、少量Fe3O4等金屬氧化物（Co2O3CoO不與強(qiáng)堿反應(yīng)）．實驗室科技人員欲將之分離并制備相關(guān)物質(zhì)，設(shè)計流程如下：

（1）過程Ⅰ中的操作名稱是__，寫出過程Ⅰ發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式____________．

（2）溶液a中含有金屬離子有 _________________．

（3）溶液a中逸出的黃綠色氣體是氯氣，下列說法不正確的是_________．

①氯氣是有漂白性的酸性氣體

②液氯和氯水均為液體，且都含有氯分子

③將氯氣通入堿液時，氯氣既是氧化劑，又是還原劑

④次氯酸見光易分解，說明次氯酸是弱酸

⑤向氯水中滴硝酸銀溶液，有白色沉淀生成，說明氯水中含Cl－

（4）寫出過程Ⅱ發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：_______________________________．

高鐵電池的總反應(yīng)為：3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn（OH）2+2Fe（OH）3+4KOH

則充電時陽極反應(yīng)式為___________________________________．

（5）Co可以形成CoC2O42H2O（M為183g/mol），5.49g該晶體在空氣中加熱，在不同溫度下分別得到一種固體物質(zhì)，其質(zhì)量如表：

溫度范圍（℃）	固體質(zhì)量（g）
150﹣210	4.41
290﹣320	2.41
890﹣920	2.25

經(jīng)測定，210℃～290℃過程中，產(chǎn)生的氣體只有CO2，則此過程發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式為：______________________________________．

Answer 1

【答案】 過濾 Al2O3+2NaOH═2NaAlO2+H2O Co2+、Fe3+ ①、④ 2Fe（OH）3+3ClO﹣+4OH﹣═2FeO42﹣+5H2O+3Cl﹣ Fe（OH）3﹣3e﹣+5OH﹣═FeO42﹣+4H2O 3CoC2O4+2O2Co3O4+6CO2

【解析】試題分析：本題以含有Al2O3、Co2O3CoO、少量Fe3O4等金屬氧化物的工業(yè)廢料為原料進(jìn)行物質(zhì)的分離和制備為載體，考查工業(yè)流程的分析、Cl2的性質(zhì)、二次電池電極反應(yīng)式的書寫、熱重分析的計算。廢料樣品中加入足量的NaOH溶液，其中Al2O3發(fā)生反應(yīng)而溶解，Co2O3CoO、Fe3O4不溶，過程I為過濾操作，得到的濾渣中主要含Co2O3CoO、Fe3O4；濾渣中加入足量HCl，由流程知，Co2O3CoO與HCl反應(yīng)生成CoCl2和Cl2（黃綠色氣體），反應(yīng)的方程式為Co2O3CoO+8HCl=3CoCl2+Cl2↑+4H2O，通過此反應(yīng)說明Co2O3CoO具有強(qiáng)氧化性（氧化性比Cl2強(qiáng)），在此過程中Fe3O4也發(fā)生反應(yīng)轉(zhuǎn)化成FeCl3，溶液a中的溶質(zhì)為CoCl2、FeCl3和HCl；將溶液a的pH調(diào)至3.7~8產(chǎn)生紅褐色沉淀，FeCl3轉(zhuǎn)化成Fe（OH）3沉淀而分離出來，此時得到的濾液的主要成分為CoCl2；過程II用Fe（OH）3與KClO、KOH反應(yīng)制備K2FeO4，此反應(yīng)中Fe（OH）3被氧化成FeO42-，ClO-被還原成Cl-，反應(yīng)的化學(xué)方程式為3KClO+2Fe（OH）3+4KOH=2K2FeO4+3KCl+5H2O；濾液中加入Na2CO3產(chǎn)生CoCO3沉淀，CoCO3在高溫下分解產(chǎn)生CoO。

（1）過程I的操作是過濾。過程I中Al2O3與NaOH反應(yīng)的方程式為Al2O3+2NaOH═2NaAlO2+H2O。

（2）根據(jù)上述分析，溶液a中的金屬離子有Co2+、Fe3+。

（3）①Cl2沒有漂白性，錯誤；②液氯為純凈物，只有氯氣分子，氯水為混合物，其中含Cl2、H2O、HClO、H+、Cl-、ClO-、少量OH-，正確；③將氯氣通入堿液時，發(fā)生反應(yīng)：Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O，氯氣既是氧化劑又是還原劑，正確；④次氯酸見光易分解，說明次氯酸具有不穩(wěn)定性，不是弱酸性，錯誤；⑤向氯水中滴硝酸銀溶液，有白色沉淀生成，說明氯水中含Cl－，正確；答案選①、④。

（4）過程II反應(yīng)的化學(xué)方程式為3KClO+2Fe（OH）3+4KOH=2K2FeO4+3KCl+5H2O，離子方程式為2Fe（OH）3+3ClO﹣+4OH﹣═2FeO42﹣+5H2O+3Cl﹣。充電時的反應(yīng)方程式為3Zn（OH）2+2Fe（OH）3+4KOH =3Zn+2K2FeO4+8H2O，充電時陽極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，則充電時陽極反應(yīng)式為Fe（OH）3﹣3e﹣+5OH﹣═FeO42﹣+4H2O。

（5）n（CoC2O42H2O）=5.49g183g/mol=0.03mol，其中含有結(jié)晶水的質(zhì)量為0.06mol18g/mol=1.08g；210℃時固體的質(zhì)量為4.41g，固體質(zhì)量減少5.49g-4.41g=1.08g，則210℃時固體為CoC2O4；210℃～290℃過程中產(chǎn)生的氣體只有CO2，則290℃固體為Co的氧化物，290℃時固體的質(zhì)量為2.41g，根據(jù)Co守恒，其中n（Co）=0.03mol，m（Co）=0.03mol59g/mol=1.77g，n（O）==0.04mol，n（Co）：n（O）=3:4，則290℃時固體為Co3O4，210℃～290℃反應(yīng)過程中Co的化合價升高，所以有O2參與反應(yīng)，則210℃～290℃過程中反應(yīng)的化學(xué)方程式為3CoC2O4+2O2Co3O4+6CO2。