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﹣=2Co2++Cl2↑+3H2O；（3分）

（2）7.15；（3分）Fe（OH）3；（3分）

（3）降低溶液中Li+浓度，避免步骤Ⅳ中产生Li2CO3沉淀；（6分）

（4）3CoC2O4+2O2Co3O4+6CO2；CoO（3分）

【解析】

试题分析：（1）氧化钴氧化盐酸溶液中氯化氢为氯气，钴元素化合价由+3价降低为+2价，氯元素化合价由﹣1价变化为0价， 结合原子守恒和电子守恒配平离子方程式，反应的离子方程式为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）晶体的物质的量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，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+2O2Co3O4+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，物质的量为0.03mol，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。

【考点定位】考查流程分析判断，物质性质的理解应用。

【名师点睛】本题考查流程分析判断，物质性质的理解应用，主要涉及固体受热过程中质量变化计算及化学方程式书写。废料中加入氢氧化钠溶液碱浸，得到钴渣，加入盐酸溶解后发生氧化还原反应，氧化钴氧化氯离子为氯气，过滤得到酸溶的溶液加入碳酸钠溶液和NaF溶液净化，除去锂离子和铁离子，在滤液中加入碳酸钠溶液沉淀钴离子为碳酸钴沉淀，加入盐酸和草酸铵溶液得到草酸钴晶体，高温分解得到氧化钴，据此解答。