Question

【題目】電子級鈷的氧化物用于半導體工業和電子陶瓷等領域，是一種純度很高的氧化物。現從廢料（含Co3O4、Al、Si、Li2O、Fe2O3等物質）中提純電子級鈷的氧化物，其工業制取流程如下：

已知：

①物質的溶解性：LiF難溶于水，Li2CO3微溶于水；②鈷元素常見的化合價為+ 2和+ 3；

③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

（1）廢料在處理前要粉碎，其主要目的是（回答兩個方面）___________；

步驟I得到的濾液A中的溶質為___________（填化學式）。

（2）步驟II中有黃綠色氣體生成，有關含鈷化合物發生反應的離子方程式為_________。

（3）步驟III中Na2CO3溶液的作用是調節溶液的pH，應使溶液的pH的取值范圍為___________；濾渣B的主要成分為____________。

（4）步驟I、III、IV中均用到的分離提純方法為_______，在實驗室中完成該操作用到的玻璃儀器是__。

（5）5.49gCoC2O4·2H2O（其相對分子質量為183）經過反復洗滌、干燥后，進行灼燒，其熱重分析如下表。

溫度范圍/℃	固體質量/g
150～210	4.41
290～320	2.25
400～500	2.41

290℃～320℃時若生成兩種氣體，則發生反應的化學方程式為___________，400℃～500℃所得固體的化學式為__________。

Answer 1

【答案】 增加反應物的接觸面積，加快化學反應速率，提高原料利用率等 NaAlO2、Na2SiO3 Co3O4+8H++2Cl－=3Co2++Cl2↑+4H2O 3.2≤pH＜7.15 LiF、Fe(OH)3 過濾 燒杯、漏斗、玻璃棒 CoC2O4CoO+CO↑+CO2↑ Co3O4

【解析】試題分析：本題電子級鈷的氧化物制備的工藝流程為載體考查學生用所學知識分析問題、解決問題的能力；考查點有影響化學反應速率的因素，離子方程式的書寫，化學實驗基本操作和化學計算，題目難度較大。

解答：分析題給化學工藝流程和信息知廢料中加入足量NaOH溶液浸取，發生反應：2Al+2NaOH+2H2O==2NaAlO2+3H2↑、Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2↑，過濾，濾液A為偏鋁酸鈉和硅酸鈉的混合液，濾渣為鈷渣，向鈷渣中加濃鹽酸，發生反應：Fe2O3+6HCl==2FeCl3+3H2O、Co3O4+8H++2Cl－=3Co2++Cl2↑+4H2O、Li2O+2HCl==2LiCl+H2O，浸出液為氯化鐵、二氯化鈷和氯化鋰的混合液，加入20%碳酸鈉溶液將Fe3+轉化為Fe(OH)3沉淀、加入NaF溶液將Li+轉化為LiF沉淀，過濾，濾渣B為氫氧化鐵和氟化鋰的混合物；向濾液B中加入草酸銨生成草酸鈣晶體（沉淀），經洗滌、干燥、灼燒得電子級鈷的氧化物。

（1）廢料在處理前要粉碎，其主要目的是增加反應物的接觸面積，加快化學反應速率，提高原料利用率等；步驟I得到的濾液A中的溶質為NaAlO2、Na2SiO3 。

（2）根據題給信息知Co3O4與濃鹽酸反應生成二氯化鈷、氯氣和水，利用化合價升降法結合原子守恒、電荷守恒配平，該反應的離子方程式為Co3O4+8H++2Cl－=3Co2++Cl2↑+4H2O 。

（3）步驟III中Na2CO3溶液的作用是調節溶液的pH，為保證Fe3+沉淀完全而Co2+不沉淀，結合表中數據分析應使溶液的pH的取值范圍為3.2≤pH＜7.15；濾渣B的主要成分為LiF、Fe(OH)3 。

（4）步驟I、III、IV為分離固體和液體混合物的操作，方法為過濾，在實驗室中完成該操作用到的玻璃儀器是燒杯、漏斗和玻璃棒。

（5）草酸鈣晶體物質的量為n=5.49g÷183g/mol=0.03mol，加熱，失去結晶水的物質的量為0.06mol，固體質量變化為0.06mol×18g/mol=1.08g，圖表數據可知，150～210℃固體質量變化=5.49g-4.41g=1.08g，說明150~210℃失去結晶水得到CoC2O4，210～290℃過程中是CoC2O4發生分解反應生成兩種氣體，依據元素守恒知只能為CO和CO2，固體物質中鈷的質量為0.03mol×59g/mol=1.77g，氧元素的質量為2.25g-1.77g=0.48g，物質的量為0.48g÷16g/mol=0.03mol，Co、O原子個數比為1:1，固體物質的化學式為CoO，則發生反應的化學方程式為CoC2O4CoO+CO↑+CO2↑；400℃~500℃時2.41g固體中氧元素的質量為2.41g-1.77g=0.64g，物質的量為0.04mol，鈷、氧原子的物質的量之比為3:4，化學式為Co3O4。