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钴(Co)及其化合物在工业上有广泛应用.为从某工业废料中回收钴,某学生设计流程如下(废料中含有Al、Li、Co2O3和Fe2O3等物质).已知:①物质溶解性:LiF难溶于水,Li2CO3微溶于水;②部
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钴(Co)及其化合物在工业上有广泛应用.为从某工业废料中回收钴,某学生设计流程如下(废料中含有Al、Li、Co2O3和Fe2O3等物质).
已知:①物质溶解性:LiF难溶于水,Li2CO3微溶于水;
②部分金属离子形成氢氧化物沉淀的pH见表:
请回答:
(1)步骤Ⅰ中得到含铝溶液的反应的离子方程式是___.
(2)写出步骤Ⅱ中Co2O3与盐酸反应的离子方程式___
(3)步骤Ⅲ中Na2CO3溶液的作用是调节溶液的pH,应使溶液的pH不超过___.废渣中的成分有___.
(4)NaF与溶液中的Li+形成LiF沉淀,此反应对步骤Ⅳ所起的作用是___.
(5)在空气中加热CoC2O4固体,经测定,210~290℃的过程中只产生CO2和一种化合物,该化合物中钴元素的质量分数为73.44%.此过程发生反应的化学方程式是___.
(6)某锂离子电池的总反应为C+LiCoO2
LixC+Li1-xCoO2,LixC中Li的化合价为___价,该锂离子电池充电时阳极的电极反应式为___.
已知:①物质溶解性:LiF难溶于水,Li2CO3微溶于水;
②部分金属离子形成氢氧化物沉淀的pH见表:
Fe3+ | Co2+ | Co3+ | Al3+ | |
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中得到含铝溶液的反应的离子方程式是___.
(2)写出步骤Ⅱ中Co2O3与盐酸反应的离子方程式___
(3)步骤Ⅲ中Na2CO3溶液的作用是调节溶液的pH,应使溶液的pH不超过___.废渣中的成分有___.
(4)NaF与溶液中的Li+形成LiF沉淀,此反应对步骤Ⅳ所起的作用是___.
(5)在空气中加热CoC2O4固体,经测定,210~290℃的过程中只产生CO2和一种化合物,该化合物中钴元素的质量分数为73.44%.此过程发生反应的化学方程式是___.
(6)某锂离子电池的总反应为C+LiCoO2
充电 |
|
放电 |
▼优质解答
答案和解析
(1)步骤Ⅰ中铝与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和氢气,反应的离子方程式:2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑;
故答案为:2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑;
(2)Co2O3与盐酸反应生成Cl2,反应中钴元素化合价降低为+2价.氯元素化合价-1价变化为0价,依据得失电子守恒可知Co2O3的系数为1,Cl-的系数为2,结合原子个数守恒,反应的离子方程式:Co2O3+6H++2Cl-=2Co2++Cl2↑+3H2O;
故答案为:Co2O3+6H++2Cl-=2Co2++Cl2↑+3H2O;
(3)依据表中数据分析判断加入碳酸钠调节溶液PH,沉淀铁离子和锂离子,但不能沉淀钴离子,步骤Ⅲ中Na2CO3溶液的作用是调节溶液的pH,应使溶液的pH不超过7.15,废渣中的主要成分为LiF和Fe(OH)3;
故答案为:7.15; LiF,Fe(OH)3;
(4)NaF与溶液中的Li+形成LiF沉淀,此反应对步骤Ⅳ所起的作用是,降低溶液中Li+浓度,避免步骤Ⅳ中产生Li2CO3沉淀;
故答案为:降低溶液中Li+浓度,避免步骤Ⅳ中产生Li2CO3沉淀;
(5)210℃~290℃过程中是CoC2O4发生的反应,产生的气体只有CO2 ,依据元素守恒得到生成CO2物质的量为0.06mol,质量=0.06mol×44g/mol=2.64g,气体质量共计减小=4.41g-2.41g=2g,说明说明有气体参加反应应为氧气,则反应的氧气质量=2.64g-2g=0.64g,O2物质的量=
=0.02mol,则:
n(CoC2O4):n(O2):n(CO2)=0.03:0.02:0.06=3:2:6,
方程式计量系数之比等于转化量之比,所以该反应的方程式为:3CoC2O4+2O2
Co3O4+6CO2;
故答案为:3CoC2O4+2O2
Co3O4+6CO2;
(6)LiCoO2中锂元素化合价为+1价,则依据放电为原电池反应,锂元素化合价升高发生氧化反应分析判断,LixC中锂元素化合价为0价,是锂单质镶嵌在碳中做原电池负极,由锂离子电池的总反方程式可知C+LiCoO2→LixC+Li1-xCoO2为充电过程即为电解池,则锂硫电池给锂离子电池充电,LiCoO2为阳极失电子发生氧化反应:LiCoO2-xe-=Li1-xCoO2 +xLi+,C为阴极得电子发生还原反应:C+xe-+xLi+=LixC,
故答案为:0,LiCoO2-xe-=Li1-xCoO2+xLi+;
故答案为:2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑;
(2)Co2O3与盐酸反应生成Cl2,反应中钴元素化合价降低为+2价.氯元素化合价-1价变化为0价,依据得失电子守恒可知Co2O3的系数为1,Cl-的系数为2,结合原子个数守恒,反应的离子方程式:Co2O3+6H++2Cl-=2Co2++Cl2↑+3H2O;
故答案为:Co2O3+6H++2Cl-=2Co2++Cl2↑+3H2O;
(3)依据表中数据分析判断加入碳酸钠调节溶液PH,沉淀铁离子和锂离子,但不能沉淀钴离子,步骤Ⅲ中Na2CO3溶液的作用是调节溶液的pH,应使溶液的pH不超过7.15,废渣中的主要成分为LiF和Fe(OH)3;
故答案为:7.15; LiF,Fe(OH)3;
(4)NaF与溶液中的Li+形成LiF沉淀,此反应对步骤Ⅳ所起的作用是,降低溶液中Li+浓度,避免步骤Ⅳ中产生Li2CO3沉淀;
故答案为:降低溶液中Li+浓度,避免步骤Ⅳ中产生Li2CO3沉淀;
(5)210℃~290℃过程中是CoC2O4发生的反应,产生的气体只有CO2 ,依据元素守恒得到生成CO2物质的量为0.06mol,质量=0.06mol×44g/mol=2.64g,气体质量共计减小=4.41g-2.41g=2g,说明说明有气体参加反应应为氧气,则反应的氧气质量=2.64g-2g=0.64g,O2物质的量=
0.064g |
32g/mol |
n(CoC2O4):n(O2):n(CO2)=0.03:0.02:0.06=3:2:6,
方程式计量系数之比等于转化量之比,所以该反应的方程式为:3CoC2O4+2O2
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故答案为:3CoC2O4+2O2
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(6)LiCoO2中锂元素化合价为+1价,则依据放电为原电池反应,锂元素化合价升高发生氧化反应分析判断,LixC中锂元素化合价为0价,是锂单质镶嵌在碳中做原电池负极,由锂离子电池的总反方程式可知C+LiCoO2→LixC+Li1-xCoO2为充电过程即为电解池,则锂硫电池给锂离子电池充电,LiCoO2为阳极失电子发生氧化反应:LiCoO2-xe-=Li1-xCoO2 +xLi+,C为阴极得电子发生还原反应:C+xe-+xLi+=LixC,
故答案为:0,LiCoO2-xe-=Li1-xCoO2+xLi+;
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