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，某学生设计流程如下（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见下表：

	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）步骤Ⅰ中得到含铝溶液的反应的离子方程式是                     。

（2）写出步骤Ⅱ中Co₂O₃与盐酸反应的离子方程式                   。有同学认为Ⅱ中将盐酸换成硫酸和H₂O₂溶液更好，请结合离子方程式说明理由               。

（3）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__________。废渣中的成分有_________________。

（4）在空气中加热CoC₂O₄固体，经测定，210~290℃的过程中只产生CO₂和一种二元化合物，该化合物中钴元素的质量分数为73.44%。此过程发生反应的化学方程式是_______________。

（5）某锂离子电池的总反应为C₆＋LiCoO₂ Li_xC₆＋Li_1－xCoO₂，Li_xC₆中Li的化合价为______价，该锂离子电池充电时阳极的电极反应式为                     。

Answer

（1）2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑；

（2）Co2O3+6H++2Cl-=2Co2++Cl2↑+3H2O，Co2O3+4H++H2O2=2Co2++O2↑+3H2O，可防止污染空气；

（3）7.15，Fe(OH)3，LiF；

（4）3CoC2O4+2O2Co3O4+6CO2；

（5）0，LiCoO2–xe-=Li1－xCoO2+xLi+。

【解析】

试题分析：（1）废料中含有铝单质，和氢氧化钠反应生成氢气，其离子反应方程式为2Al＋2OH－＋2H2O=2AlO2－＋3H2↑；(2)Co2O3的氧化性强于Cl2，因此离子反应方程式为Co2O3 ＋ 6H＋ ＋ 2Cl－ = 2Co2＋ ＋ Cl2↑ ＋ 3H2O，氯气有毒，对环境有危害，H2O2具有氧化性和还原性，Co2O3把H2O2还原成氧气，其离子反应方程方式为：Co2O3 ＋ H2O2 ＋ 4H＋ = 2Co2＋ ＋ O2↑ ＋3 H2O，防止氯气污染空气；(3)根据流程图，以及信息①步骤III除去铁元素和部分锂元素杂质，不能影响Co元素，因此调节pH不超过7.15，废渣的成分是Fe(OH)33和LiF；（4）根据信息，生成二元化合物，应是Co和O，Co的质量分数为73.44%，n(Co)：n(O)=73.44%/59：(100%－73.44%)/16=3：4，因此反应方程式为：3CoC2O4 + 2O2 Co3O4 + 6CO2 ；（5）根据电池总反应，Li为0价，放电是电池，LixC6为负极， Li1－xCoO2为正极，充电是为电解池，电池的负极接电源的负极，电池的正极接电源的正极，因此阳极的电极反应式为：LiCoO2 – x e- = Li1－xCoO2 + x Li+ 。

考点：考查元素及其化合物的性质、氧化还原反应方程式的书写、电极反应式的书写等知识。