Question

【題目】鈷(Co)及其化合物在工業上有廣泛應用。為從某工業廢料中回收鈷，某學生設計流程如下（廢料中含有Al、Li、Co2O3和Fe2O3等物質）。

已知:①物質溶解性：LiF、CoCO3難溶于水，Li2CO3微溶于水；

② Co2O3有強氧化性，能氧化鹽酸；

③ 部分金屬離子形成氫氧化物沉淀的pH見下表：

	Fe3+	Co2+	Co3+	Al3+
pH(開始沉淀）	1.9	7.15	-0.23	3.4
pH(完全沉淀）	3.2	9.15	1.09	4.7

請回答：

（1） 步驟I中得到含鋁溶液的反應的離子方程式是________________。

（2） 步驟D中加人鹽酸的作用是________________。

（3） 步驟III中Na2CO3溶液的作用是調節溶液的PH，應使溶液的pH控制在_____(填范圍），廢渣I中的成分有________________。

（4） 步驟V中產生CoCO3的離子方程式是________________。

（5） 濾渣II用硫酸處理后用三室式電滲析法電解可得LiOH溶液和稀硫酸。則離子交換膜c為__________(填“陰”或“陽”)離子交換膜，隨著電解的進行，陰極區pH將_________(填“增大”、“減小”或“不變”)。

（6） 向所得LiOH溶液中加入NH4HCO3即可得到Li2CO3。工業上以碳酸鋰和碳酸鈷在空氣中高溫煅燒制備鋰離子電池的正極材料鈷酸鋰 (LiCoO2)時，還會產生一種三原子構成的直線型氣體分子，該分子的電子式為_______________，寫出工業上用上述方法制備鈷酸鋰的化學反應方程式___________________。

（7） 某鋰離子充電時電池的總反應為C6+ LiCoO2==LixC6+Li1-xCoO2，該鋰離子電池放電時正極的電極反應式為__________________。

Answer 1

【答案】（1）2A1+2OH- +2H2O＝2AlO2-+3H2↑（1分）

（2）溶解Li、Co2O3和Fe2O3，且將+3價鈷還原成+2價鈷（1分）

（3）3．2<pH<7.15(1分) Fe(OH)3（1分）

（4）Co2++2HCO3- =CoCO3↓+H2O+CO2↑（1分）

（5）陰（1分）增大（1分）（6）(1分)

2Li2CO3+4CoCO3+O24LiCoO2+ 6CO2(2分)

（7）Li1-xCoO2+xe-+xLi+=LiCoO2(2分)

【解析】

試題分析：（1）步驟Ⅰ中鋁與氫氧化鈉反應生成偏鋁酸鈉和氫氣，反應的離子方程式為2A1+2OH- +2H2O＝2AlO2-+3H2↑；

（2）Co2O3與鹽酸反應生成Cl2，反應中鈷元素化合價降低為+2價，因此鹽酸的作用是溶解Li、Co2O3和Fe2O3，且將+3價鈷還原成+2價鈷；

（3）依據表中數據分析判斷加入碳酸鈉調節溶液pH，沉淀鐵離子和鋰離子，但不能沉淀鈷離子，步驟Ⅲ中Na2CO3溶液的作用是調節溶液的pH，應使溶液的pH不超過7.15，因此范圍是3．2<pH<7.15，廢渣中的主要成分為Fe（OH）3；

（4）步驟V加入碳酸氫銨，其中產生CoCO3的離子方程式是Co2++2HCO3- =CoCO3↓+H2O+CO2↑；

（5）陽極區氫氧根放電，因此陽極區產生硫酸，則c交換膜是陰離子交換膜。陰極區氫離子放電，產生氫氧根，所以隨著電解的進行，陰極區pH將增大；

（6）三原子構成的直線型氣體分子應該是CO2，該分子的電子式為，工業上用上述方法制備鈷酸鋰的化學反應方程式為2Li2CO3+4CoCO3+O24LiCoO2+ 6CO2；

（7）某鋰離子充電時電池的總反應為C6+ LiCoO2==LixC6+Li1-xCoO2，該鋰離子電池放電時正極是充電時陽極反應的逆反應，則電極反應式為Li1-xCoO2+xe-+xLi+＝LiCoO2。