Question

一種含有鋁、鋰、鈷新型電子材料，鋁以金屬鋁箔的形式存在，鈷以Co₂O₃?CoO的形式吸附于鋁箔表面，鋰混雜于其中．從其電子廢料中回收碳酸鈷（CoCO₃）的工藝流程如下：

（1）過程Ⅰ中采用NaOH溶液溶解廢料中的鋁，反應(yīng)的離子方程式為

 

．
（2）過程Ⅱ中加入稀硫酸酸化，再加入Na₂S₂O₃溶液浸出鈷，寫出浸出鈷的化學(xué)方程式

 

（3）在碳酸鈉溶液中存在多種粒子，下列各粒子濃度關(guān)系正確的是

 

A、c（Na⁺）═2c（CO₃^2-）   B、c（Na⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（HCO₃^-）
C、c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞C（H⁺）    D、c（OH^-）-c（H⁺）═c（HCO₃^-）+2c（H₂CO₃）
過程Ⅲ加入碳酸鈉溶液在沉淀鋁時起到重要作用，寫出其反應(yīng)的離子方程式

 

（4）已知0.1摩爾/升的Na₂CO₃溶液，Na₂CO₃的水解平衡常數(shù)為：K_b1═1×10^-7   K_b2=1×10^-11
Co（OH）₂的溶度積為：Ksp=1×10^-15   CoCO₃的溶度積為：Ksp=1×10^-13
則向0.1摩爾/升的碳酸鈉溶液中逐底加入0.1摩爾/升CoSO₄溶液，開始生成的沉淀為

 

．過程Ⅳ沉淀鈷的反應(yīng)的離子方程式

 

．
（5）鋰離子電池充放電過程，發(fā)生LiCoO₂與Li_1-xCoO₂的轉(zhuǎn)化，寫出鋰離子電池充電時的陽極反應(yīng)的離子方程式：

 

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Answer 1

考點：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用

專題：

分析：廢料中Al和NaOH溶液反應(yīng)生成NaAlO₂，其它物質(zhì)和NaOH溶液不反應(yīng)，過濾得到含鋁溶液和鈷渣，將鈷渣加浸取劑加熱到85℃，得到含有Co²⁺、Li⁺、Al³⁺的溶液，向溶液中加入碳酸鈉溶液并調(diào)節(jié)溶液的pH=5，然后加入少量NaF，Al³⁺和OH^-反應(yīng)生成Al（OH）₃沉淀、Li⁺和F^-生成LiF沉淀，Co²⁺存在于溶液中，然后過濾得到濾渣Al（OH）₃、LiF，濾液（含有CoSO₄、Na₂SO₄），最后向溶液中加入Na₂CO₃得到沉淀CoCO₃，
（1）過程Ⅰ中NaOH溶液和Al反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和氫氣；
（2）過程Ⅱ中加入稀硫酸酸化，再加入Na₂S₂O₃溶液浸出鈷，硫代硫酸鈉和Co₂O₃?CoO在酸性條件下發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硫酸鈷、硫酸鈉和水；
（3）碳酸鈉是強堿弱酸鹽，碳酸根離子水解導(dǎo)致溶液呈堿性，但水解程度較小，溶液中存在電荷守恒、物料守恒和質(zhì)子守恒，根據(jù)電荷守恒、質(zhì)子守恒判斷離子濃度大小順序；
過程Ⅲ加入碳酸鈉溶液時，碳酸根離子和鋁離子發(fā)生雙水解反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀和二氧化碳；
（4）向0.1摩爾/升的碳酸鈉溶液中逐底加入0.1摩爾/升CoSO₄溶液，碳酸鈉溶液呈堿性，但堿性較小，溶液中碳酸根離子濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于氫氧根離子濃度，開始生成的沉淀為CoCO₃；
過程Ⅳ中碳酸根離子和鈷離子反應(yīng)生成碳酸鈷沉淀；
（5）鋰離子電池充電時的陽極反應(yīng)與其正極反應(yīng)式相反，陽極上LiCoO₂失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成Li_1-xCoO₂．

解答： 解：廢料中Al和NaOH溶液反應(yīng)生成NaAlO₂，其它物質(zhì)和NaOH溶液不反應(yīng)，過濾得到含鋁溶液和鈷渣，將鈷渣加浸取劑加熱到85℃，得到含有Co²⁺、Li⁺、Al³⁺的溶液，向溶液中加入碳酸鈉溶液并調(diào)節(jié)溶液的pH=5，然后加入少量NaF，Al³⁺和OH^-反應(yīng)生成Al（OH）₃沉淀、Li⁺和F^-生成LiF沉淀，Co²⁺存在于溶液中，然后過濾得到濾渣Al（OH）₃、LiF，濾液（含有CoSO₄、Na₂SO₄），最后向溶液中加入Na₂CO₃得到沉淀CoCO₃，
（1）過程Ⅰ中NaOH溶液和Al反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和氫氣，離子方程式為2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑，故答案為：2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑；
（2）過程Ⅱ中加入稀硫酸酸化，再加入Na₂S₂O₃溶液浸出鈷，硫代硫酸鈉和Co₂O₃?CoO在酸性條件下發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硫酸鈷、硫酸鈉和水，反應(yīng)方程式為4Co₂O₃?CoO+Na₂S₂O₃+11H₂SO₄═12CoSO₄+Na₂SO₄+11H₂O，故答案為：4Co₂O₃?CoO+Na₂S₂O₃+11H₂SO₄═12CoSO₄+Na₂SO₄+11H₂O；
（3）A、碳酸鈉屬于強堿弱酸鹽，碳酸根離子水解導(dǎo)致溶液呈堿性，鈉離子不水解，所以c（Na⁺）＞2c（CO₃^2-），故A錯誤；   
B、碳酸鈉屬于強堿弱酸鹽，碳酸根離子水解導(dǎo)致溶液呈堿性但水解程度較小，鈉離子不水解，所以存在c（Na⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（HCO₃^-），故B正確；
C、溶液中碳酸根離子、碳酸氫根離子和水都電離生成氫氧根離子，只有碳酸根離子水解生成碳酸氫根離子，碳酸根離子、碳酸氫根離子水解都生成氫氧根離子，所以溶液中氫離子濃度很小，所以離子濃度大小順序是c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（H⁺），故C正確；    
D、溶液中存在質(zhì)子守恒c（OH^-）=c（H⁺）+c（HCO₃^-）+2c（H₂CO₃），所以得c（OH^-）-c（H⁺）=c（HCO₃^-）+2c（H₂CO₃），故D正確；
故選BCD；
過程Ⅲ加入碳酸鈉溶液時，碳酸根離子和鋁離子發(fā)生雙水解反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀和二氧化碳，離子方程式為2Al³⁺+3CO₃^2-+3H₂O═2Al（OH）₃↓+3CO₂↑，
故答案為：BCD；2Al³⁺+3CO₃^2-+3H₂O═2Al（OH）₃↓+3CO₂↑；
（4）向0.1摩爾/升的碳酸鈉溶液中逐底加入0.1摩爾/升CoSO₄溶液，碳酸鈉溶液呈堿性，但堿性較小，溶液中＞＞遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于c（OH^-），溶液中鈷離子濃度相等，所以Q（CoCO₃）≈0.1×0.1=0.01＞Ksp（CoCO₃）、Q[Co（OH）₂]＜Ksp[Co（OH）₂]，開始生成的沉淀為CoCO₃，
過程Ⅳ中碳酸根離子和鈷離子反應(yīng)生成碳酸鈷沉淀，離子方程式為Co²⁺+CO₃^2-═CoCO₃↓，
故答案為：CoCO₃；Co²⁺+CO₃^2-═CoCO₃↓；
（5）鋰離子電池充電時的陽極反應(yīng)與其正極反應(yīng)式相反，陽極上LiCoO₂失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成Li_1-xCoO₂，電極反應(yīng)式為LiCoO₂-xe^-═Li_1-xCoO₂+xLi⁺，
故答案為：LiCoO₂-xe^-═Li_1-xCoO₂+xLi⁺．

點評：本題考查物質(zhì)的分離和提純，涉及電解原理、難溶物的溶解平衡、離子濃度大小比較、氧化還原反應(yīng)等知識點，綜合性較強，側(cè)重考查分析、計算、推斷能力，明確實驗原理是解本題關(guān)鍵，知道流程圖中發(fā)生的反應(yīng)，會正確書寫方程式，題目難度中等．