Question

我国钴资源相对比较贫乏，某研究小组以一种含锂、铝和钴的新型电子材料的废料为原料回收金属钴，设计了如下实验方案：已知：该废料中铝以金属铝箔的形式存在；钴以Co₂O₃?CoO的形式存在，吸附在铝箔的单面或双面；微量的锂混杂于其中．请回答下列问题：
（1）已知60_Co原子中含有33个中子，试写出基态钴原子的核外电子排布式：

 

．
（2）第Ⅱ步骤操作中在钴渣中加入稀硫酸，再加入Na₂S₂O₃溶液可将钴渣溶解，请完成该过程的离子方程式：

 

Co₂O₃?CoO+

 

S₂O

2- 3

+

 

 

=

 

Co²⁺+

 

SO

2- 4

+

 

H₂O
（3）为确保产品的纯度，步骤Ⅳ过滤后还需对CoCO₃沉淀进行洗涤，简述洗涤过程的操作方法：

 

（4）锂铝渣的主要成分是Al（OH）₃和LiF，步骤Ⅲ和Ⅳ中均用到碳酸钠溶液，则碳酸钠溶液在这两个步骤中所起的主要作用分别是

 

．
（5）废料中Co₂O₃?CoO的含量为96.4%，处理1吨上述废料，理论上可以得到纯CoO

 

吨．

Answer 1

考点：金属的回收与环境、资源保护

专题：实验设计题

分析：制备流程为：废料用碱液溶解，过滤得到偏铝酸钠溶液和钴渣；用硫酸溶解钴渣，发生反应：4Co₃O₄+Na₂S₂O₃+11H₂SO₄=12CoSO₄+Na₂SO₄+11H₂O，得到含有钴离子的溶液，然后调节溶液pH并用碳酸钠溶液除去杂质铝离子，得到较纯净的含有钴离子的溶液，再加入碳酸钠、调节溶液的pH将钴离子转化成碳酸钴沉淀，最后灼烧碳酸钴得到氧化钴，
（1）Co核外有27个电子，其基态钴原子的核外电子排布式：[Ar]3d⁷4s²；
（2）Co₃O₄和Na₂S₂O₃在酸性条件下发生氧化还原反应生成CoSO₄、Na₂SO₄和H₂O，反应方程式为：4Co₃O₄+Na₂S₂O₃+11H₂SO₄=12CoSO₄+Na₂SO₄+11H₂O，（3）洗涤CoCO₃沉淀的方法为：沿玻璃棒向漏斗中加蒸馏水浸没沉淀，让水自然流下，重复操作2→3次；
（4）碳酸钠溶液在步骤Ⅲ中主要是消耗H⁺调节pH值；碳酸钠溶液在步骤Ⅳ中主要是沉淀Co²⁺，生成CoCO₃沉淀；
（5）根据关系式：Co₂O₃?CoO→3CoO计算．

解答： 解：制备氧化钴的大致流程为：制备流程为：废料用碱液溶解，过滤得到偏铝酸钠溶液和钴渣；用硫酸溶解钴渣，发生反应：4Co₃O₄+Na₂S₂O₃+11H₂SO₄=12CoSO₄+Na₂SO₄+11H₂O，得到含有钴离子的溶液，然后调节溶液pH并用碳酸钠溶液除去杂质铝离子，得到较纯净的含有钴离子的溶液，再加入碳酸钠、调节溶液的pH将钴离子转化成碳酸钴沉淀，最后灼烧碳酸钴得到氧化钴，
（1）Co核外有27个电子，其基态钴原子的核外电子排布式：[Ar]3d⁷4s²；
故答案为：[Ar]3d⁷4s²；
（2）Co₃O₄和Na₂S₂O₃在酸性条件下发生氧化还原反应生成CoSO₄、Na₂SO₄和H₂O，反应方程式为：4Co₃O₄+Na₂S₂O₃+11H₂SO₄=12CoSO₄+Na₂SO₄+11H₂O，离子方程式为4Co₃O₄+S₂O₃^2-+22H⁺=12Co²⁺+2SO₄^2-+11H₂O，
故答案为：4Co₃O₄+S₂O₃^2-+22H⁺=12Co²⁺+2SO₄^2-+11H₂O；
（3）洗涤CoCO₃沉淀的方法为：沿玻璃棒向漏斗中加蒸馏水浸没沉淀，让水自然流下，重复操作2→3次；
故答案为：沿玻璃棒向漏斗中加蒸馏水浸没沉淀，让水自然流下，重复操作2→3次；
（4）碳酸钠溶液在步骤Ⅲ中主要是消耗H⁺调节pH值；碳酸钠溶液在步骤Ⅳ中主要是沉淀Co²⁺，生成CoCO₃沉淀；
故答案为：步骤Ⅲ中主要是消耗H⁺调节pH值；步骤Ⅳ中主要是沉淀Co²⁺；
（5）根据关系式：Co₂O₃?CoO→3CoO计算，1吨上述废料，理论上可以得到纯CoO：1t×96.4%×

225

241

=0.9t；
故答案为：0.9t．

点评：本题考查了金属及其化合物的性质，考查氧化还原反应、离子反应、关系式计算等，题目难度中等，解答关键根据实验流程利用氧化还原反应判断发生的离子反应，侧重对学生综合能力的考查，是一道质量较好的能力考查题．