Question

CoxFe3－xO4磁粉是一种比较好的高矫顽力磁粉。工业上以FeSO4为原料制备CoxFe3－xO4的主要步骤如下：

（1）步骤①是在FeSO4溶液中加入NaOH溶液，在40℃下搅拌生成FeOOH晶种。生成晶种的化学方程式为?????? ；

（2）步骤②将晶种移到放有FeSO4溶液和铁皮的生长槽中，升温到60℃，吹入空气，待晶种长大到一定尺寸后，过滤、水洗、干燥，得FeOOH粉末。生长槽中放入铁皮的目的是?????? ，吹入空气的作用为??? ??? 。

（3）步骤③将FeOOH在200～300℃下加热脱水，生成红色Fe2O3。实验室完成该操作需要下列仪器中的??? ??? (填字母)。

a．蒸发皿　　b．烧杯　　c．坩埚　　d．泥三角　　e．酒精灯

（4）步骤④通入H2，加热至300～400℃，生成Fe3O4。通入H2前要向加热炉中通入N2，其作用为??? ??? 。

（5）步骤⑤加入CoSO4溶液，所得粗产品经过滤、洗涤、干燥即得成品。检验粗产品洗涤干净的实验操作和现象是???????? 。

（6）某研究小组欲用锂离子电池正极废料(含LiCoO2、铝箔、铁的氧化物)制备CoSO4·7H2O晶体。下表列出了相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH(开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0 mol·L－1计算)。

金属离子	开始沉淀的pH	沉淀完全的pH
Fe3＋	1.1	3.2
Fe2＋	5.8	8.8
Co2＋	6.9	9.4

 

请完成下列实验步骤(可选用的试剂：H2O2、稀硝酸、稀硫酸、NaOH溶液)：

①用N－甲基吡咯烷酮在120℃下浸洗正极废料，使LiCoO2与铝箔分离，得到LiCoO2粗品并回收铝。

②???????? 。

③向所得粗品CoSO4溶液中加入NaOH溶液，调节pH约为5，过滤。

④???????? 。

⑤将Co(OH)2沉淀溶于稀硫酸中，蒸发浓缩、降温结晶，得到CoSO4·7H2O晶体。

 

Answer 1

【答案】

（1）4FeSO4＋8NaOH＋O24FeOOH＋4Na2SO4＋2H2O(2分)

（2）消耗硫酸，生成FeSO4(2分)

氧化FeSO4生成FeOOH，使晶种生长(2分)

（3）cde(2分)

（4）除去空气，防止氢气与氧气混合反应爆炸(1分)

（5）取最后一次洗涤滤出液少许于试管中，滴加氯化钡溶液，如果不产生白色沉淀，则表明洗涤干净

(2分)

（6）②用稀硫酸溶解LiCoO2，并加入过量H2O2(2分)

④向③所得滤液中加入NaOH溶液，调节pH至9.4，过滤，洗涤得到Co(OH)2沉淀(2分)

 

【解析】

试题分析：（1）该反应的反应物为FeSO4、NaOH和O2，产物为FeOOH；（2）在此条件下反应生成酸，会对导致晶种溶解，铁反应消耗掉生成的硫酸，同时补充原料FeSO4；溶液中铁为+2价，通入氧气为氧化剂，使其被氧化为+3铁；（3）加热固体用坩埚，与其配套的有泥三角、三脚架、坩埚钳、酒精灯等；（4）氢气易燃，在有氧气存在下加热会发生爆炸，故先用氮气排尽空气；（5）取最后一次洗涤滤出液少许于试管中，滴加氯化钡溶液，如果不产生白色沉淀，则表明洗涤干净；（6）第①分离出LiCoO2粗品，第③得CoSO4溶液，并沉淀除去铁离子，故第②应用硫酸溶解粗品，且需把生成的杂质亚铁离子氧化为铁离子，可以用双氧化水；第③得到纯净的溶液，第④应得到Co(OH)2沉淀，应加入氢氧化钠溶液调节pH≥9.4,使钴沉淀完全，并洗涤、干燥得到纯净物。

考点：考查工业流程中实验操作与原理有关问题。