Question

5．鈷周期表第四周期第ⅥⅡ族元素，其化合價(jià)用途廣泛，如：LiCoO₂做鋰電池的正極材料，草酸鈷可用于指示劑和催化劑制備．
Ⅰ（1）LiCoO₂中鈷元素的化合價(jià)為+3．
（2）工業(yè)上將廢鋰電池的正極材料與過氧化氫溶液、稀硫酸混合加熱，可得到CoSO₄回收，反應(yīng)的化學(xué)方程式為2LiCoO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Li₂SO₄+2CoSO₄+O₂+4H₂O可用鹽酸代替H₂SO₄和H₂O₂的混合液，但缺點(diǎn)是生成的氯氣造成污染，且鹽酸易揮發(fā)，浪費(fèi)很大．
Ⅱ利用一種含鈷礦石[主要成分為Co₂O₃，含少量Fe₂O₃、Al₂O₃、MnO、MgO、CaO等]制取CoC₂O₄•2H₂O工藝流程如下：

已知：已知：①浸出液含有的陽離子主要有H⁺、Co²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Al³⁺等；
②部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時(shí)溶液的pH見表：

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

（3）浸出過程中加入NaClO₃的目的是將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，利于從混合液中除去．
（4）請用平衡移動原理說明加Na₂CO₃調(diào)PH至5.2生成沉淀的原因因Fe³⁺和Al³⁺（用M³⁺代替）在水溶液中存在平衡M³⁺+H₂O?M（OH）₃+3H⁺，加入碳酸鈉后CO₃^2-與H⁺結(jié)合生成難電離的HCO₃^-，使水解平衡右移而產(chǎn)生沉淀．
（5）濾液Ⅱ中加入萃取劑的作用是除去Mn²⁺．
（6）“除鈣、鎂”是將溶液中Ca²⁺與Mg²⁺轉(zhuǎn)化為MgF₂、CaF₂沉淀．已知某溫度下，K_sp（MgF₂）=7.35×10^-11，K_sp（CaF₂）=1.05×10^-10．當(dāng)加入過量NaF后，所得濾液c（Mg²⁺）/c（Ca²⁺）=0.7．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）根據(jù)化合價(jià)代數(shù)和為零計(jì)算Co的化合價(jià)；
（2）酸浸時(shí)反應(yīng)物有硫酸、過氧化氫以及LiCoO₂，生成物有Li₂SO₄和CoSO₄，Co元素化合價(jià)降低，則過氧化氫被氧化為氧氣，同時(shí)生成水，由題中信息知LiCoO₂具有強(qiáng)氧化性，加入鹽酸有污染性氣體氯氣生成；
Ⅱ．含鈷廢料中加入鹽酸，可得CoCl₃、FeCl₃、AlCl₃、MnCl₂、MgCl₂、CaCl₂，信息①中浸出液含有的陽離子主要有H⁺、Co²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Al³⁺等，則加入的Na₂SO₃將Co³⁺、Fe³⁺還原為Co²⁺、Fe²⁺，工藝流程最終得到草酸鈷，加入NaClO₃將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，加入Na₂CO₃調(diào)pH至5.2，可得到Fe（OH）₃、Al（OH）₃沉淀，過濾后所得濾液主要含有CoCl₂、MnCl₂、MgCl₂、CaCl₂，用NaF溶液除去鈣、鎂，過濾后，向?yàn)V液中加入萃取劑，將錳離子萃取，萃取后的余液中主要含有CoCl₂，進(jìn)入草酸銨溶液得到草酸鈷，據(jù)此解答．

解答 解：Ⅰ．（1）鈷酸鋰（LiCoO₂）中Li為+1價(jià)，O為-2價(jià)，則鈷元素的化合價(jià)為+3，
故答案為：+3；
（2）酸浸時(shí)反應(yīng)物有硫酸、過氧化氫以及LiCoO₂，生成物有Li₂SO₄和CoSO₄，Co元素化合價(jià)降低，則過氧化氫被氧化為氧氣，同時(shí)生成水，反應(yīng)方程式為：2LiCoO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Li₂SO₄+2CoSO₄+O₂+4H₂O，因?yàn)辂}酸也具有強(qiáng)酸性和還原性，理論上可以代替H₂SO₄和H₂O₂，但上述反應(yīng)可知LiCoO₂具有強(qiáng)氧化性，加入鹽酸有污染性氣體氯氣生成，
故答案為：2LiCoO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Li₂SO₄+2CoSO₄+O₂+4H₂O；生成的氯氣造成污染，且鹽酸易揮發(fā)，浪費(fèi)很大；
Ⅱ．（3）要使Fe²⁺沉淀的pH=9.6，Co²⁺沉淀的pH=9.2，如直接除掉Fe²⁺，溶液中的Co²⁺也沉淀下來，F(xiàn)e³⁺沉淀的pH=3.7，所以加NaClO₃將浸出液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，利于從混合液中除去，
故答案為：將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，利于從混合液中除去；
（4）加Na₂CO₃調(diào)PH=5.2能使Fe³⁺、Al³⁺ 離子轉(zhuǎn)化成氫氧化物沉淀，原因是：因Fe³⁺和Al³⁺（用M³⁺代替）在水溶液中存在平衡M³⁺+H₂O?M（OH）₃+3H⁺，加入碳酸鈉后CO₃^2-與H⁺結(jié)合生成難電離的HCO₃^-，使水解平衡右移而產(chǎn)生沉淀，
故答案為：因Fe³⁺和Al³⁺（用M³⁺代替）在水溶液中存在平衡M³⁺+H₂O?M（OH）₃+3H⁺，加入碳酸鈉后CO₃^2-與H⁺結(jié)合生成難電離的HCO₃^-，使水解平衡右移而產(chǎn)生沉淀；
（5）由工藝流程可知溶液中的錳離子還未除去，最終得到草酸鈷，說明濾液中加入萃取劑的作用是除去錳離子；
故答案為：除去Mn²⁺；
（6）由溶度積可知，濾液Ⅰ“除鈣、鎂”是將溶液中Ca²⁺與Mg²⁺轉(zhuǎn)化為CaF₂、MgF₂沉淀，根據(jù)溶度積可知c（Mg²⁺）：c（Ca²⁺）=$\frac{{K}_{sp}（Mg{F}_{2}）}{{K}_{sp}（Ca{F}_{2}）}$=$\frac{7.35×1{0}^{-11}}{1.05×1{0}^{-10}}$=0.7，
故答案為：0.7．

點(diǎn)評 本題考查物質(zhì)制備工藝流程，涉及對操作與原理的分析評價(jià)、物質(zhì)的分離提純、溶度積有關(guān)計(jì)算、鹽類水解、氧化還原反應(yīng)等知識點(diǎn)等，側(cè)重考查學(xué)生分析能力、獲取信息能力，是對學(xué)生綜合能力的考查．