Question

四川有著豐富的水鈷礦，水鈷礦中除SiO₂外，還有9.24% CoO、2.78% Fe₂O₃、0.96% MgO、0.084% CaO．從中提取鈷的主要工藝流程如下：
（1）在一定濃度的H₂SO₄溶液中，鈷的浸出率隨時間、溫度的變化如下
圖1所示．考慮生產成本和效率，最佳的浸出時間和溫度

 

A．5h  120℃B．12h  120℃
C．18h  90℃D．12h  90℃

（2）工藝流程中“磨礦”的目的是

 

（至少回答兩條）；流程中過濾操作所用到的主要玻璃儀器有燒杯、漏斗和

 

．
（3）“沉淀”中含雜質離子主要有C₂O₄^2-、SO₄^2-、F^-、NH₄⁺和

 

；“操作X”包括

 

和

 

．
（4）“除鈣、鎂”的反應原理為：MgSO₄+2NaF=MgF₂↓+Na₂SO₄；CaSO₄+2NaF=CaF₂↓+Na₂SO₄．已知K_SP（CaF₂）=1.11×10^-10，K_SP（MgF₂）=7.40×10^-11，加入過量NaF溶液反應完全后過濾，則濾液中

c(Ca2+)

c(Mg2+)

 

．
（5）某鋰離子電池正極是LiCoO₂，含Li⁺導電固體為電解質．充電時，Li⁺還原為Li，并以原子形式嵌入電池負極材料碳-6（C₆）中（如圖2所示）．電池反應為LiCoO₂+C₆

充電  .

放電

 CoO₂+LiC₆，寫出該電池放電時的正極反應式

 

．

Answer 1

考點：物質分離和提純的方法和基本操作綜合應用,化學電源新型電池,難溶電解質的溶解平衡及沉淀轉化的本質

專題：電離平衡與溶液的pH專題,電化學專題

分析：（1）根據浸出率與時間和溫度的關系及生產成本分析；
（2）根據影響化學反應速率的因素解答，增大反應物接觸面積，可以加快化學反應速率；根據過濾操作的原理、使用的儀器進行分析解答；
（3）根據流程圖中加入的物質分析，該沉淀中吸附易溶于水的離子；得到的沉淀要進行洗滌和干燥，才能得到較純凈、干燥的物質；
（4）根據

c(Ca2+)

c(Mg2+)

=

KSP(CaF2)

KSP(MgF2)

結合相關數(shù)據進行解答；
（5）放電時，該電池是原電池，正極上得電子發(fā)生還原反應；

解答： 解：水鈷礦磨礦將礦石粉碎，增大接觸面積，加快反應速率，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，過濾得主要含CoSO₄的溶液，加入草酸銨，通過沉淀、過濾、洗滌、干燥得到四水合草酸鈷．
（1）根據圖知，時間越長浸出率越高，溫度越高，浸出率越高，但浸出12小時后，浸出率變化不大，90℃和120℃浸出率變化不大，且時間過長、溫度過高導致成本較大，所以最佳的浸出時間為12小時，最佳的浸出溫度為90℃，
故答案為：D；  
（2）增大反應物接觸面積，可以加快化學反應速率，所以礦石粉碎，增大接觸面積，加快反應速率，提高礦石的溶出（浸出）率；過濾操用到的儀器有鐵架臺、漏斗、燒杯、玻璃棒等；其中屬于玻璃儀器有：漏斗、燒杯、玻璃棒，
故答案為：礦石粉碎，增大接觸面積，加快反應速率；提高礦石的溶出（浸出）率；玻璃棒；
（3）該沉淀中吸附易溶于水的離子，根據流程圖知，溶液中還含有鈉離子，所以沉淀上含有鈉離子，得到的沉淀要進行洗滌和干燥才能得到較純凈、干燥的物質，
故答案為：Na⁺；洗滌；干燥；
（4）K_SP（CaF₂）=1.11×10^-10，K_SP（MgF₂）=7.40×10^-11，則濾液中

c(Ca2+)

c(Mg2+)

=

KSP(CaF2)

KSP(MgF2)

=

1.11×10-10

7.40×10-11

=1.5，
故答案為：1.5；
（5）放電時，該電池是原電池，正極上得電子發(fā)生還原反應，電極反應式為：CoO₂+Li⁺+e^-=LiCoO₂，
故答案為：CoO₂+Li⁺+e^-=LiCoO₂；

點評：本題考查難溶電解質的溶解平衡、電極反應式的書寫、物質的分離和提純等知識點，難點是（4）題，明確溶度積常數(shù)的含義是解此題關鍵，電極反應式的書寫是學習難點，要結合電解質溶液的酸堿性書寫，題目難度中等．