Question

钴周期表第四周期第Ⅷ族元素，其化合物用途广泛，如：LiCoO₂做锂电池的正极材料；草酸钴可用于指示剂和催化剂制备。

Ⅰ.（1）LiCoO₂中钴元素的化合价为_______

（2）工业上将废锂电池的正极材料与过氧化氢溶液，稀硫酸混合加热，可得到CoSO₄回收，反应的化学方程式为：______________；可用盐酸代替H₂SO₄和H₂O₂的混合液，但缺点是____________

Ⅱ.利用一种含钴矿石[主要成分为Co₂O₃，含少量Fe₂O₃、Al₂O₃、MnO、MgO、CaO等]制取CoC₂O₄·2H₂O工艺流程如下：

已知：①浸出液含有的阳离子主要有H⁺、Co²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Al³⁺等；

②部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：

沉淀物	Fe(OH)3	Fe(OH）2	Co(OH)2	Al(OH)3	Mn(OH)2
完全沉淀	3.7	9.6	9.2	5.2	9.8

（3）浸出液中加NaClO₃的目的是：______________．

（4）请用平衡移动原理说明加Na₂CO₃调pH至5.2所得沉淀的原因：____________

（5）滤液Ⅱ中加入萃取剂的作用是___________

（6）“除钙、镁”是将溶液中Ca²⁺与Mg²⁺转化为MgF₂、CaF₂沉淀。已知K_sp(MgF₂)＝7.35×10^-11、K_sp(CaF₂)＝1.05×10^-10。当加入过量NaF后，所得滤液c(Mg²⁺)/c(Ca²⁺)＝___________。

Answer

+32LiCoO2+H2O2+3H2SO4=Li2SO4+2CoSO4+O2+4H2O氧化产物是氯气，污染环境。将Fe2+氧化为Fe3+，利于从混合液中除去R3++3H2O R(OH)3+3H+，加入碳酸钠后，H+与CO32-反应，使水解平衡右移，从而产生Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀除去Mn2+0.7

【解析】Ⅰ.(1)LiCoO2中Li为+1价，O为-2价，根据正负化合价代数和为0，可知钴元素的化合价为+3；

(2)锂电池的正极材料为LiCoO2，其与过氧化氢溶液、稀硫酸混合加热，生成的CoSO4为还原产物，则过氧化氢的氧化产物为O2，此反应化学方程式为2LiCoO2+H2O2+3H2SO4=Li2SO4+2CoSO4+O2+4H2O；如用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液，反应中生成的氧化产物为氯气，污染环境；

Ⅱ.(3)NaClO3具有氧化性，能将浸出液中的Fe2+氧化成Fe3+，利于从混合液中除去；

(4)Fe3+、Al3+水解导致溶液呈酸性，水解方程式为R3++3H2O⇌R(OH)3+3H+，：加入的碳酸钠(或CO32-)与H+反应，c(H+)降低，从而促进水解平衡向右移动，产生氢氧化铁、氢氧化铝沉淀；

(5)滤液Ⅱ中仍有Mn2+，加入萃取剂的目的是为了除去Mn2+，提高CoC2O4·2H2O的纯度；

(6)当加入过量NaF后，所得滤液=0.7。

点睛：明确实验原理是解本题关键，含钴废料中加入盐酸和亚硫酸钠，可得CoCl2、AlCl3、FeCl2、MgCl2、CaCl2、MnCl2，加入NaClO3，可得到FeCl3，然后加入Na2CO3调pH至5.2，可得到Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀，过滤后所得滤液主要含有CoCl2、MgCl2、CaCl2、MnCl2，向溶液中加入NaF溶液，除去钙镁离子，然后过滤得到的滤液中II中加入萃取剂，萃取后溶液加入草酸铵，得到草酸钴．