Question

15．某礦石中除含SiO₂外，還有9.24% CoO、2.78% Fe₂O₃、0.96% MgO、0.084% CaO，從該礦石中提取鈷的主要工藝流程如圖1：

（1）在一定濃度的H₂SO₄溶液中，鈷的浸出率隨時(shí)間、溫度的變化如圖2所示．考慮生產(chǎn)成本和效率，最佳的浸出時(shí)間為12小時(shí)，最佳的浸出溫度為90℃．
（2）請(qǐng)配平下列除鐵的化學(xué)方程式：Fe₂（SO₄）₃+H₂O+Na₂CO₃═Na₂Fe₆（SO₄）₄（OH）₁₂↓+Na₂SO₄+CO₂↑
（3）“除鈣、鎂”的原理反應(yīng)如下：MgSO₄+2NaF═MgF₂↓+Na₂SO₄； CaSO₄+2NaF═CaF₂↓+Na₂SO₄．
已知K_SP（CaF₂）=1.11×10^-10、K_SP（MgF₂）=7.40×10^-11，加入過(guò)量NaF溶液反應(yīng)完全后過(guò)濾，則濾液中的$\frac{c（C{a}^{2+}）}{c（M{g}^{2+}）}$=1.5．（可以用分?jǐn)?shù)表示）
（4）“沉淀”中含雜質(zhì)離子主要有SO₄^2-、NH₄⁺、Na⁺；還需進(jìn)行的“操作X”名稱為洗滌、干燥．
（5）某鋰離子電池正極是LiCoO₂，含Li⁺導(dǎo)電固體為電解質(zhì)．充電時(shí)，Li⁺還原為L(zhǎng)i，并以原子形式嵌入電池負(fù)極材料碳-6（C₆）中，電池反應(yīng)為L(zhǎng)iCoO₂+C₆ $?_{放電}^{充電}$CoO₂+LiC₆．LiC₆中Li的化合價(jià)為0價(jià)．該電池放電時(shí)，正極反應(yīng)方程式為7g．

Answer 1

分析 水鈷礦磨礦將礦石粉碎，增大接觸面積，加快反應(yīng)速率，加入稀硫酸，礦渣為SiO₂，濾液中含有：CoSO₄、Fe₂（SO₄）₃、MgSO₄、CaSO₄，加入碳酸鈉，除去Fe₂（SO₄）₃，加入氟化鈉，除去鈣鎂，過(guò)濾得主要含CoSO₄的溶液，加入草酸銨，通過(guò)沉淀、過(guò)濾、洗滌、干燥得到四水合草酸鈷，
（1）根據(jù)浸出率與時(shí)間和溫度的關(guān)系及生產(chǎn)成本分析；
（2）根據(jù)原子守恒配平方程式；
（3）$\frac{c（C{a}^{2+}）}{c（M{g}^{2+}）}$=$\frac{Ksp（CaF{\;}_{2}）}{Ksp（MgF{\;}_{2}）}$；
（4）根據(jù)流程圖中加入的物質(zhì)分析，該沉淀中吸附易溶于水的離子；得到的沉淀要進(jìn)行洗滌和干燥，才能得到較純凈、干燥的物質(zhì)；
（5）放電時(shí)，該電池是原電池，正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，依據(jù)負(fù)極電極材料和題干信息分析計(jì)算．

解答 解：（1）根據(jù)圖知，時(shí)間越長(zhǎng)浸出率越高，溫度越高，浸出率越高，但浸出12小時(shí)后，浸出率變化不大，90℃和120℃浸出率變化不大，且時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、溫度過(guò)高導(dǎo)致成本較大，所以最佳的浸出時(shí)間為12小時(shí)，最佳的浸出溫度為90℃，故答案為：12；90；
（2）根據(jù)原子守恒配平方程式，所以其方程式為：3Fe₂（SO₄）₃+6H₂O+6Na₂CO₃=Na₂Fe₆ （SO₄）₄（OH）₁₂↓+5Na₂SO₄+6CO₂↑，故答案為：3，6，6，1，5，6；
（3）$\frac{c（C{a}^{2+}）}{c（M{g}^{2+}）}$=$\frac{Ksp（CaF{\;}_{2}）}{Ksp（MgF{\;}_{2}）}$=$\frac{1.1×10{\;}^{-10}}{7.40×10{\;}^{-11}}$=1.5，故答案為：1.5；
（4）該沉淀中吸附易溶于水的離子，根據(jù)流程圖知，溶液中含有銨根離子和鈉離子，所以沉淀上含有銨根離子和鈉離子，得到的沉淀要進(jìn)行洗滌和干燥才能得到較純凈、干燥的物質(zhì)，
故答案為：SO₄^2-、NH₄⁺、Na⁺；洗滌、干燥；
（5）放電時(shí)，該電池是原電池，正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：CoO₂+Li⁺+e^-=LiCoO₂，充電時(shí)，Li⁺還原為L(zhǎng)i，并以原子形式嵌入電池負(fù)極材料碳-6（C₆）中，所以負(fù)極為L(zhǎng)iC₆中Li的化合價(jià)為0價(jià)，若放電時(shí)有1mol e^-轉(zhuǎn)移，CoO₂+Li⁺+e^-=LiCoO₂，正極質(zhì)量增加為1molLi+的質(zhì)量=1mol×7g/mol=7g；
故答案為：0；7g．

點(diǎn)評(píng) 本題考查難溶電解質(zhì)的溶解平衡、電極反應(yīng)式的書寫、物質(zhì)的分離和提純等知識(shí)點(diǎn)，難點(diǎn)是（3）題，明確溶度積常數(shù)的含義是解此題關(guān)鍵，電極反應(yīng)式的書寫是學(xué)習(xí)難點(diǎn)，要結(jié)合電解質(zhì)溶液的酸堿性書寫，難度中等．