Question

【題目】鈷(Co)及其化合物在工業上廣泛應用于磁性材料、電池材料及超硬材料等領域。某學習小組欲從某工業廢料中回收鈷，設計工藝流程如下：(廢料中含有Al、Co2O3 和Fe2O3等物質)。

請回答：

（1）廢料用NaOH溶液處理前通常先將廢料粉碎，其目的是____________。

（2）過程Ⅱ用稀H2SO4和H2O2溶液與Co2O3反應而達到浸出鈷的目的，請寫出該反應的離子方程式___________。在實驗室模擬工業生產時，也可用鹽酸浸出鈷，但實際工業生產中不用鹽酸，請分析不用鹽酸浸出鈷的主要原因______________。

（3）碳酸鈉溶液在過程Ⅱ和Ⅲ中所起作用有所不同，請寫出碳酸鈉在過程Ⅱ中發生反應生成沉淀的離子方程式__________________________________。

（4） 若在實驗室中完成過程Ⅳ，則沉淀物需在__________________（填儀器名稱）中灼燒；寫出在過程Ⅴ中發生反應的化學方程式__________________________________。

（5）將1.0×10-3 mol/LCoSO4與1.2×10-3mol/L的Na2CO3等體積混合，此時溶液中的Co2+的濃度為__________ mol/L。（已知：CoCO3的溶度積為：Ksp=1.0×10-13）

（6）CoO與鹽酸反應可得粉紅色的CoCl2溶液。CoCl2晶體因結晶水數目不同而呈現不同顏色，利用藍色的無水CoCl2吸水變色這一性質可制成變色水泥和顯隱墨水。如圖是粉紅色的CoCl2·6H2O晶體在烘箱中受熱分解時，剩余固體質量隨溫度變化的曲線，物質A的化學式是____________________。

Answer 1

【答案】增大反應物接觸面積，加快反應速率 Co2O3+H2O2+4H+=2Co2＋+ O2+3H2O Co2O3可氧化鹽酸產生Cl2，污染環境 2Fe3++3+3H2O=2Fe (OH)3↓+3CO2↑ 坩堝 3CoO+2Al3Co+ A12O3 1.0×10-9 CoCl2·2H2O

【解析】

第一步中，Al和氫氧化鈉溶液反應，其離子反應方程式為：2Al＋2OH－＋2H2O=2AlO2－＋3H2↑，得到濾液和濾渣，因此采用操作步驟是過濾，濾液中AlO2－與二氧化碳反應得到氫氧化鋁沉淀，之后灼燒并通過電解熔融氧化鋁得到金屬單質鋁。濾渣中Co2O3作氧化劑與過氧化氫反應，化合價由＋3價→＋2價，之后調節PH得到Fe（OH）3。濾液中Co2＋不能轉化成沉淀，根據pH的范圍為3.2≤pH<7.15調節PH得到碳酸鈷沉淀之后進行煅燒得到氧化鈷，與金屬單質鋁發生鋁熱反應得到金屬單質Co。根據此分析進行解答。

（1）廢料進行礦石粉碎處理，可以增大接觸面積，加快反應速率，

故答案：為增大反應物接觸面積，加快反應速率

（2）Co2O3作氧化劑與過氧化氫反應，化合價由＋3價→＋2價，故反應的離子方程式為Co2O3+H2O2+4H+=2Co2＋+ O2+3H2O。HCl被氧化后，Cl由－1價→0價，反應離子反應方程式為Co2O3＋2Cl－＋6H＋=2Co2＋＋3H2O＋Cl2↑，會產生氯氣污染環境，

故答案為：Co2O3+H2O2+4H+=2Co2＋+ O2+3H2O Co2O3可氧化鹽酸產生Cl2，污染環境

（3）在過程Ⅱ中Fe3＋與碳酸根發生雙水解，轉化成Fe（OH）3，但Co2＋不能轉化成沉淀。碳酸鈉在過程Ⅱ中發生反應生成沉淀的離子方程式為2Fe3++3+3H2O=2Fe (OH)3↓+3CO2↑，

故答案為：2Fe3++3+3H2O=2Fe (OH)3↓+3CO2↑

（4）過程Ⅳ是將Al(OH)3 灼燒生成Al2O3，需要在坩堝中進行，電解熔融氧化鋁得到金屬單質鋁，過程Ⅴ中氧化鈷與金屬單質鋁發生鋁熱反應得到金屬單質Co，化學方程式為3CoO+2Al3Co+ A12O3，

故答案為：坩堝； 3CoO+2Al3Co+ A12O3

（5）Co2+與CO32-結合成CoCO3沉淀，此時碳酸根的濃度為（1.2×10-3-1.0×10-3）÷2=1×10-4，故Co2+的濃度=mol/L，

故答案為： 1.0×10-9

（6）由圖可知n（CoCl2）=65×10-3÷130=5×10-4mol，物質A中含有的結晶水的物質的量為n（H2O）=（83-65）×10-3÷18=1×10-3mol，故n（CoCl2）∶n（H2O）=1:2，故物質A的化學式為CoCl2·2H2O，

故答案為：CoCl2·2H2O