综合题14.0分
化学

电子级钴的氧化物用于半导体工业和电子陶瓷等领域,是一种纯度很高的氧化物。现从废料(含Co3O4、Al、Si、Li2O、Fe2O3等物质)中提纯电子级钴的氧化物,其工业制取流程如下:

已知:

③  物质的溶解性:LiF难溶于水,Li2CO3微溶于水;②钴元素常见的化合价为+ 2和+ 3;

③部分金属离子形成氢氧化物沉淀的pH见下表。

8.废料在处理前要粉碎,其主要目的是(回答两个方面)          

步骤I得到的滤液A中的溶质为           (填化学式)。

9.步骤II中有黄绿色气体生成,有关含钴化合物发生反应的离子方程式为        

10.步骤III中Na2CO3溶液的作用是调节溶液的pH,应使溶液的pH的取值范围为           ;滤渣B的主要成分为           

11.步骤I、III、IV中均用到的分离提纯方法为       ,在实验室中完成该操作用到的玻璃仪器是 

12. 5.49gCoC2O4·2H2O(其相对分子质量为183)经过反复洗涤、干燥后,进行灼烧,其热重分析如下表。

290℃~320℃时若生成两种气体,则发生反应的化学方程式为           ,400℃~500℃所得固体的化学式为         

第1小题正确答案及相关解析

正确答案

增加反应物的接触面积,加快化学反应速率,提高原料利用率等;NaAlO2、Na2SiO3

解析

废料加入氢氧化钠溶液碱浸,得到钴渣,为充分反应溶解,增加反应物的接触面积,加快化学反应速率,提高原料利用率,将废料粉碎;Co3O4、Al、Si、Li2O、Fe2O3等物质加入氢氧化钠溶液碱浸,Al、Si溶于氢氧化钠,分别得到NaAlO2、Na2SiO3,故答案为:增加反应物的接触面积,加快化学反应速率,提高原料利用率等;NaAlO2、Na2SiO3

考查方向

分离设计

解题思路

废料加入氢氧化钠溶液碱浸,得到钴渣,为充分反应溶解,增加反应物的接触面积,加快化学反应速率,提高原料利用率,将废料粉碎;Co3O4、Al、Si、Li2O、Fe2O3等物质加入氢氧化钠溶液碱浸,Al、Si溶于氢氧化钠。

易错点

本题考查根据物质性质设计分离方案,依据的是物质的性质,常见的是酸溶或碱溶,题目难度不大。

第2小题正确答案及相关解析

正确答案

Co3O4+8H++2Cl=3Co2++Cl2↑+4H2O ;

解析

有黄绿色气体生成,判断为氯气,浓盐酸被氧化,Co3O4是氧化剂,强氧化性来自钴元素从+3价到+2价,利用电子守恒、质量守恒配平,Co3O4+8H++2Cl=3Co2++Cl2↑+4H2O,故答案为:Co3O4+8H++2Cl=3Co2++Cl2↑+4H2O;

考查方向

化学方程式书写;氧化还原反应。

解题思路

有黄绿色气体生成,判断为氯气,浓盐酸被氧化,Co3O4是氧化剂,强氧化性来自钴元素从+3价到+2价,利用电子守恒、质量守恒配平。

易错点

本题考查化学方程式书写,根据题目信息,步骤II中有黄绿色气体生成,判断为氯气,说明发生了氧化还原反应,题目中钴元素化合价是提示信息。

第3小题正确答案及相关解析

正确答案

3.2≤pH<7.15;LiF、Fe(OH)3

解析

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,但不能沉淀钴离子,步骤中Na2CO3溶液的作用是调节溶液的pH,为沉淀完全铁离子,应使溶液的pH应当大于3.2;但不能沉淀钴离子,保证pH应当不超过7.15,废渣中的主要成分除了LiF外还有Fe(OH)3;故答案为:3.2≤pH<7.15;LiF、Fe(OH)3

考查方向

沉淀溶解平衡

解题思路

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;

第4小题正确答案及相关解析

正确答案

过滤;烧杯、漏斗、玻璃棒;

解析

分离方法的选择是根据混合物的性质来确定,步骤I、III、IV都是分离固体液体,选用方法是过滤;在实验室中完成该操作用到的玻璃仪器烧杯、漏斗、玻璃棒,故答案为:过滤;烧杯、漏斗、玻璃棒;

考查方向

分离方法

解题思路

分离方法的选择是根据混合物的性质来确定,步骤I、III、IV都是分离固体液体,选用方法是过滤;

易错点

本题考查分离方法的选择和试用的仪器,分离方法的选择是根据混合物的性质来确定。

第5小题正确答案及相关解析

正确答案

CoC2O4CoO+CO↑+CO2↑;Co3O4

解析

5.49gCoC2O4·2H2O(其相对分子质量为183),从质量分别是4.41、2.25、2.41,可以计算固体的相对分子质量。对应关系式:

CoC2O4·2H2O(其相对分子质量为183),Co相对原子质量=59,

183-147=36,150~210℃发生反应为CoC2O4·2H2O失去两个结晶水,故4.41g固体化学式是CoC2O4;

290℃~320℃时固体质量2.25g,固体相对分子质量=75,分子式CoO,损失部分化学式C3O4,因为产物为两种气体,推知是CO和CO2,相关方程式CoC2O4CoO+CO↑+CO2↑;

83.3不合题意,因此固体3的相对分子质量是83.3的倍数,合理答案83.3×3=241

400℃~500℃所得固体是CoO在空气中灼烧所得,应该是钴元素的氧化物,设分子式为ComOn

59m+16n=241,合理答案:Co3O4

考查方向

关于方程式的差量计算

解题思路

5.49gCoC2O4·2H2O(其相对分子质量为183),从质量分别是4.41、2.25、2.41,可以计算固体的相对分子质量,进而推断固体分分子式级相关的化学方程式。

易错点

本题考查利用固体质量变化,进行差量连续计算,根据固体质量推断固体的相对分子质量,进一步计算产物中气体的成分。