Question

纳米氧化钴在半导体和微电子行业应用广泛，某些金属废料中含有Co元素，从废料(含Co₃O₄、Al₂O₃、Li₂O、Fe₂O₃等物质) 中制备高纯度的纳米级钴的氧化物，流程如下

已知:

①LiF 难溶于水，Li₂CO₃微溶于水；

②钴元素常见的化合价为+2 和+3；

③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

（1）步骤Ⅰ中发生的离子反应方程式_______________；

（2）步骤II加浓盐酸的作用是_______________；

（3）步骤III中Na₂CO₃溶液的作用是调节溶液的pH,应使溶液的pH的取值范围为_______________； 滤渣 B 的主要成分为_________________；

（4）简述如何检验滤液B中是否还有残留的Fe³⁺:_______________；

（5） 经过反复洗涤、干燥后称重，将质量为3.66gCoC₂O₄·2H₂O进行灼烧，残留固体质量如图所示。

210℃~290℃时若生成两种气体，则发生反应的化学方程式为_______________，400℃~500℃所得固体的化学式为_______________；

Answer

Al2O3+ 2OH-= 2AlO2-+ H2O 溶解Li2O、Fe2O3、并将Co3O4转化为Co2+，防止在后续除杂中将Co3+沉淀而造成损失 3.2≤pH＜7.15 LiF、Fe(OH)3 取少量滤液B于试管中，向其中滴加KSCN溶液，观察溶液是否变红，若变红，则有Fe3+，反之则无Fe3+ CoC2O4CoO+CO↑+CO2↑ Co3O4

【解析】试题分析：本题以含Co3O4、Al2O3、Li2O、Fe2O3等物质的废料制备高纯度的纳米级钴的氧化物的流程为载体，考查流程的分析，方程式的书写，条件的控制，Fe3+的检验，热重图像的计算。步骤I向废料中加入NaOH溶液，废料中的Al2O3溶解得到滤液A，钴渣中主要成分为Co3O4、Li2O、Fe2O3等；由滤渣C逆推出滤液B中含Co2+，结合表中金属离子形成沉淀的pH，步骤II向钴渣中加入浓盐酸，Co3O4转化成CoCl2，Li2O转化成LiCl，Fe2O3转化成FeCl3；根据图示和已知①、③，步骤III中加入20%Na2CO3溶液的作用是除去Fe3+，加入NaF溶液的作用是除去Li+。

（1）步骤I中加入NaOH溶液，Al2O3与NaOH反应生成NaAlO2和H2O，反应的离子方程式为：Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O。

（2）步骤II中加入浓盐酸发生反应：Co3O4+8HCl（浓）=3CoCl2+Cl2↑+4H2O、Li2O+2HCl=2LiCl+H2O、Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O，加入浓盐酸的作用是：溶解Li2O、Fe2O3、并将Co3O4转化为Co2+，防止在后续除杂中将Co3+沉淀而造成损失。

（3）步骤III中加入20%Na2CO3溶液的作用是除去Fe3+，根据金属离子形成氢氧化物沉淀的pH，pH的取值范围为3.2pH7.15（使Fe3+完全沉淀，Co2+不形成沉淀）。加入NaF使浸出液中的Li+转化为LiF沉淀，滤渣B的主要成分为LiF、Fe（OH）3。

（4）检验Fe3+用KSCN溶液，检验滤液B中是否还有残留的Fe3+的方法：取少量滤液B于试管中，向其中滴加KSCN溶液，观察溶液是否变红，若变红，则有Fe3+，反之则无Fe3+。

（5）n（CoC2O4·2H2O）=3.66g183g/mol=0.02mol，其中n（CoC2O4）=0.02mol，m（Co2C2O4）=0.02mol147g/mol=2.94g。150℃~210℃固体质量为2.94g，此时固体为CoC2O4；290℃~320℃时固体质量为1.50g，根据Co守恒，其中n（Co）=0.02mol，n（O）=（1.50g-0.02mol59g/mol）16g/mol=0.02mol，n（Co）：n（O）=0.02mol：0.02mol =1:1，290℃~320℃时固体为CoO，210℃~290℃时反应生成两种气体，则反应的方程式为CoC2O4CoO+CO↑+CO2↑。400℃~500℃时固体中n（Co）=0.02mol，固体中n（O）=（1.607g-0.02mol59g/mol）16g/mol=0.0267mol，n（Co）：n（O）=0.02mol：0.0267mol=3:4，400℃~500℃所得固体的化学式为Co3O4。