Question

2．金属钴抗腐蚀性强，可用于生产不锈钢．以含钴矿石（主要成份为CoO，还有少量SiO₂、Fe₂O₃和CuO等）为原料生产钻的工艺流程如图所示（已知钴的主要化合价为+2、+3）：

（1）酸浸前通常要将矿石份碎，则粉粹的目的是加快酸浸速率．
（2）若在实验中进行操作a、操作b，则实验中均需要用到的一种玻璃仪器是烧杯，操作c中得到盐与脂肪酸，则操作c的名称是蒸馏．
（3）由流程图中的信息，可得出铁、铜、钴的硫酸盐的溶解性的差异是铁、铜的硫酸盐易溶于有机溶剂脂肪酸，而钴的硫酸盐难溶于有机溶剂脂肪酸．
（4）“氧化沉钴”时发生反应的离子方程式为2Co²⁺+Cl₂+4OH^-=Co₂O₃+2Cl^-+2H₂O．
（5）氧化钴→粗钴的化学方程式为Co₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Co+3CO₂；若用电解法获得精钴，阳极材料是粗钴．
（6）锂离子电池是一种二次电池，它主要依靠锂离子在正极（嵌入有Li的CoO₂）和负极（嵌入有Li的C₆）之间的移动来工作．在充、放电过程中，Li⁺在两个电极之间往返嵌入和脱嵌．已知充电时电池的阴极反应为6C+xLi⁺+xe^-═Li_xC₆，则放电时电池的正极反应式为CoO₂+e^-+Li⁺=LiCoO₂，放电过程中Li⁺向正（填“正”或“负”）极移动．

Answer 1

分析 含钴矿石（主要成份为CoO，还有少量SiO₂、Fe₂O₃和CuO等）用稀硫酸酸浸，过滤后除去滤渣，将滤液进行萃取，经过分液操作后得到有机相和无机相，将无机相中加入氯气和氢氧化钠进行氧化沉钴，过滤后得含钠的滤液和氧化钴固体，将氧化钴固体用一氧化碳还原得粗钴，再用电解法可获得精钴，将有机相进行蒸馏得到铁盐、铜盐和脂肪酸，脂肪酸再用于前面的萃取，进行循环利用，
（1）将矿石份碎，可以增大与酸的接触面积，进而可以加快反应速率；
（2）根据上面的分析可知，操作a为过滤，操作b为分液，根据实验中所用玻璃仪器判断；操作c为分离两种互溶液的液体，据此确定操作名称；
（3）根据流程图中的信息可知，铁、铜的硫酸盐易溶于有机溶剂，而钴的硫酸盐难溶于有机溶剂；
（4）“氧化沉钴”时，氯气在碱性条件下将+2价钴离子氧化成三氧化二钴，根据电荷守恒和元素守恒书写离子方程式；
（5）用CO还原氧化钴可得粗钴；根据电解精炼的原理可知，用电解法获得精钴，阳极材料是粗钴；
（6）充电时电池的阴极反应为6C+xLi⁺+xe^-═Li_xC₆，则放电时的负极反应为Li_xC₆-xe^-═6C+xLi⁺，所以根据锂离子电池的工作原理，放电时电池的正极发生还原反应，即锂离子得电子生成锂，在原电池中，阳离子向正极运动，阴离子向负极运动，据此答题．

解答 解：含钴矿石（主要成份为CoO，还有少量SiO₂、Fe₂O₃和CuO等）用稀硫酸酸浸，过滤后除去滤渣，将滤液进行萃取，经过分液操作后得到有机相和无机相，将无机相中加入氯气和氢氧化钠进行氧化沉钴，过滤后得含钠的滤液和氧化钴固体，将氧化钴固体用一氧化碳还原得粗钴，再用电解法可获得精钴，将有机相进行蒸馏得到铁盐、铜盐和脂肪酸，脂肪酸再用于前面的萃取，进行循环利用，
（1）将矿石份碎，可以增大与酸的接触面积，进而可以加快反应速率，所以粉粹的目的是加快酸浸速率，
故答案为：加快酸浸速率；
（2）根据上面的分析可知，操作a为过滤，操作b为分液，根据实验中所用玻璃仪器可知，都要用到烧杯，操作c为分离两种互溶液的液体，可以用蒸馏，
故答案为：烧杯；蒸馏；
（3）根据流程图中的信息可知，铁、铜的硫酸盐易溶于有机溶剂，而钴的硫酸盐难溶于有机溶剂，
故答案为：铁、铜的硫酸盐易溶于有机溶剂脂肪酸，而钴的硫酸盐难溶于有机溶剂脂肪酸；
（4）“氧化沉钴”时，氯气在碱性条件下将+2价钴离子氧化成三氧化二钴，反应的离子方程式为2Co²⁺+Cl₂+4OH^-=Co₂O₃+2Cl^-+2H₂O，
故答案为：2Co²⁺+Cl₂+4OH^-=Co₂O₃+2Cl^-+2H₂O；
（5）用CO还原氧化钴可得粗钴，反应的化学方程式为Co₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Co+3CO₂，根据电解精炼的原理可知，用电解法获得精钴，阳极材料是粗钴，
故答案为：Co₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Co+3CO₂；粗钴；
（6）充电时电池的阴极反应为6C+xLi⁺+xe^-═Li_xC₆，则放电时的负极反应为Li_xC₆-xe^-═6C+xLi⁺，所以根据锂离子电池的工作原理，放电时电池的正极发生还原反应，即CoO₂得电子，电极反应式为CoO₂+e^-+Li⁺=LiCoO₂，在原电池中，阳离子向正极运动，阴离子向负极运动，
故答案为：CoO₂+e^-+Li⁺=LiCoO₂；正．

点评 本题为生产流程题，涉及金属的回收、环境保护、氧化还原反应、物质的分离提纯和除杂等问题，题目较为综合，做题时注意仔细审题，从题目中获取关键信息，难度中等，难点是电极反应式的书写．