Question

钴（Co）及其化合物在工业上有广泛应用．为从某工业废料中回收钴，某学生设计流程如图（废料中含有Al、Li、Co₂O₃和Fe₂O₃等物质）．

已知：①物质溶解性：LiF难溶于水，Li₂CO₃微溶于水；

②部分金属离子形成氢氧化物沉淀的pH见表．

	Fe^3+	Co^2+	Co^3+	Al^3+
pH（开始沉淀）	1．9	7．15	﹣0．23	3．4
pH（完全沉淀）	3．2	9．15	1．09	4．7

请回答：

（1）写出步骤Ⅱ中Co₂O₃与盐酸反应生成Cl₂的离子方程式：                      。

（2）步骤Ⅲ中 Na₂CO₃溶液的作用是调节溶液的pH，应使溶液的pH不超过    ；废渣中的主要成分除了LiF外，还有               。

（3）NaF 与溶液中的Li⁺形成LiF沉淀，此反应对步骤Ⅳ所起的作用是               。

（4）在空气中加热5．49g草酸钴晶体（CoC₂O₄·2H₂O）样品，受热过程中不同温度范围内分别得到一种固体物质，其质量如表．已知：M（CoC₂O₄·2H₂O）=183g/mol

温度范围/℃	固体质量/g
150～210	4．41
290～320	2．41
890～920	2．25

经测定，210～290℃过程中产生的气体只有CO₂，此过程发生反应的化学方程式是       。温度高于890℃时，固体产物发生分解反应，固体产物为           。

Answer

（1）Co2O3+6H++2Cl﹣=2 Co2++Cl2↑+3H2O；

（2）7．15；Fe（OH）3；

（3）降低溶液中Li+浓度，避免步骤Ⅳ中产生Li2CO3沉淀；

（4）3CoC2O4+2O2Co3O4+6CO2；CoO

【解析】

试题分析：（1）氧化钴氧化盐酸溶液中氯化氢为氯气，结合原子守恒和电子守恒分析配平书写离子方程式，钴元素化合价降低为+2价．氯元素化合价﹣1价变化为0价，反应的离子方程式：Co2O3+6H++2Cl﹣=2Co2++Cl2↑+3H2O；

（2）依据表中数据分析判断加入碳酸钠调节溶液pH，沉淀铁离子和锂离子，但不能沉淀钴离子，步骤Ⅲ中Na2CO3溶液的作用是调节溶液的pH，应使溶液的pH不超过7．15，废渣中的主要成分除了LiF外还有Fe（OH）3；

（3）NaF与溶液中的Li+形成LiF沉淀，此反应对步骤Ⅳ所起的作用是，降低溶液中Li+浓度，避免步骤Ⅳ中产生Li2CO3沉淀；

（4）计算晶体物质的量n=5．49g÷183g/mol=0．03mol，失去结晶水应为0．06mol，固体质量变化=0．06mol×18g/mol=1．08g，根据图表数据可知，150～210固体质量变化=5．49g=4．41g=1．08g，说明210°C失去结晶水得到CoC2O4，210～290℃过程中是CoC2O4发生的反应，210～290℃过程中产生的气体只有CO2 ，依据元素守恒得到生成CO2物质的量为0．06mol，质量=0．06mol×44g/mol=2．64g，气体质量共计减小=4．41g﹣2．41g=2g，说明不是分解反应，参加反应的还有氧气，则反应的氧气质量=2．64g﹣2g=0．64g，O2物质的量=0．64g÷32g/mol=0．02mol；n（CoC2O4）：n（O2）：n（CO2）=0．03：0．02：0．06=3：2：6，依据原子守恒配平书写反应的化学方程式为3CoC2O4+2O2 Co3O4+6CO2，温度高于890℃时，固体产物发生分解反应，得到固体的质量为2．25g，根据前面的计算可知，固体中只含有钴元素和氧元素，其中含有钴元素的质量为0．03×59g=1．77g，所以固体中含有氧元素的质量为0．48g，其物质的量是来0．03mol，所以固体中钴原子与氧原子的物质的量之比为0．03：0．03=1：1，所以固体的化学式为CoO。

考点：本题主要是考查物质制备工艺流程图分析与计算

【名师点晴】。工艺流程题，顾名思议，就是将化工生产过程中的主要生产阶段即生产流程用框图形式表示出来，并根据生产流程中有关的化学知识步步设问，形成与化工生产紧密联系的化工工艺试题。只要明确实验目的，理解装置的作用以及工艺流程的原理，吸收题目新信息并且能加以灵活运用，在高考中就一定会大获全胜。工艺流程题设问的地方：反应速率与平衡理论的运用；氧化还原反应的判断、方程式书写；利用控制PH分离除杂；利用溶解度分离；常用的分离方法、实验操作；流程中的物质转化和循环；绿色化学评价；电化学；计算产量、产率、产品纯度等。该题的难点是（4）中的计算，解答时注意守恒法的应用。