Question

CoxFe3－xO4磁粉是一種比較好的高矯頑力磁粉。工業上以FeSO4為原料制備CoxFe3－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。生成晶種的化學方程式為?????? ；

（2）步驟②將晶種移到放有FeSO4溶液和鐵皮的生長槽中，升溫到60℃，吹入空氣，待晶種長大到一定尺寸后，過濾、水洗、干燥，得FeOOH粉末。生長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。實驗室完成該操作需要下列儀器中的??? ??? (填字母)。

a．蒸發皿　　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，所得粗產品經過濾、洗滌、干燥即得成品。檢驗粗產品洗滌干凈的實驗操作和現象是???????? 。

（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。下表列出了相關金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH(開始沉淀的pH按金屬離子濃度為1.0 mol·L－1計算)。

金屬離子	開始沉淀的pH	沉淀完全的pH
Fe3＋	1.1	3.2
Fe2＋	5.8	8.8
Co2＋	6.9	9.4

 

請完成下列實驗步驟(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，調節pH約為5，過濾。

④???????? 。

⑤將Co(OH)2沉淀溶于稀硫酸中，蒸發濃縮、降溫結晶，得到CoSO4·7H2O晶體。

 

Answer 1

【答案】

（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(2分)

（3）cde(2分)

（4）除去空氣，防止氫氣與氧氣混合反應爆炸(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，并加入過量H2O2(2分)

④向③所得濾液中加入NaOH溶液，調節pH至9.4，過濾，洗滌得到Co(OH)2沉淀(2分)

 

【解析】

試題分析：（1）該反應的反應物為FeSO4、NaOH和O2，產物為FeOOH；（2）在此條件下反應生成酸，會對導致晶種溶解，鐵反應消耗掉生成的硫酸，同時補充原料FeSO4；溶液中鐵為+2價，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發生爆炸，故先用氮氣排盡空氣；（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應用硫酸溶解粗品，且需把生成的雜質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應得到Co(OH)2沉淀，應加入氫氧化鈉溶液調節pH≥9.4,使鈷沉淀完全，并洗滌、干燥得到純凈物。

考點：考查工業流程中實驗操作與原理有關問題。