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钴及其化合物
【核心知识梳理】
1．钴的原子结构——27Co
电子排布式 1s22s22p63s23p63d74s2
简化电子排布式 [Ar]3d74s2
电子排布图
价层电子排布式 3d74s2
周期表中的位置 第四周期第ⅦI族
常见化合价 ＋2、＋3
2．钴(Co)
(1)物理性质：银白色、有延展性并具有铁磁性 ( https: / / baike. / item / %E9%93%81%E7%A3%81%E6%80%A7" \t "https: / / baike. / item / %E9%95%8D / _blank )的金属元素 ( https: / / baike. / item / %E9%87%91%E5%B1%9E%E5%85%83%E7%B4%A0" \t "https: / / baike. / item / %E9%95%8D / _blank )，密度、熔点都较高，钴相对较脆、硬
(2)化学性质——中等活泼金属
①常温下与氧、硫等非金属单质无显著作用，但在高温时有剧烈反应
②与稀H2SO4和稀盐酸反应较缓慢
③在冷的浓硝酸中易钝化，与稀硝酸易反应
3．钴的氧化物
(1)CoO
①物理性质：灰绿色，不溶于水
②化学性质：主要表现为氧化性，一定条件下可被H2、C或CO还原成单质钴。能溶于酸和强碱，不溶于水、醇和氨水
(2)Co2O3
①物理性质：黑色，不溶于水
②化学性质：具有强氧化性，Co2O3＋6HCl===2CoCl2＋Cl2↑＋3H2O
4．钴的氢氧化物
(1)Co(OH)2
①物理性质：粉红色固体，不溶于水
②化学性质
a．能与酸反应：Co(OH)2＋H2SO4===CoSO4＋2H2O
b．弱还原性：在空气中被缓慢氧化为棕褐色的Co(OH)3；可被强氧化剂(如H2O2)迅速氧化
c．能与氨水反应：Co(OH)2[Co(NH3)6]2＋[Co(NH3)6]3＋
(2)Co(OH)3
①物理性质：棕色固体，不溶于水
②化学性质：具有强氧化性
a．酸性溶液中被还原，如在盐酸中：2Co(OH)3＋6HCl===2CoCl2＋Cl2↑＋6H2O
b．在酸性溶液中与Na2SO3溶液反应：2Co(OH)3＋SO＋4H＋===2Co2＋＋SO＋5H2O
c．在H2SO3溶液中：2Co(OH)3＋H2SO3＋2H＋===2Co2＋＋SO＋5H2O
5．Co3＋仅能够存在于固态物质或配合物中，在水溶液中会发生如下反应
(1)与水的反应：4Co3＋＋2H2O===4Co2＋＋4H＋＋O2↑
(2)CoCl3在加热或遇水时发生分解：2CoCl32CoCl2＋Cl2↑　
6．Co(Ⅱ)与H2O、Cl－配合的平衡转化：[Co(H2O)6]2＋eq \o(
,\s\up7(Cl－) ,\s\do7(H2O))[CoCl4]2－
　 粉红色　　　 蓝色
7．CoCl2水合物的颜色：CoCl2 6H2OCoCl2 2H2OCoCl2 H2OCoCl2
粉红色 紫红色 蓝紫色 蓝色
8．Co(Ⅱ)的配合物具有较强的还原性：Co2＋＋6NH3[Co(NH3)6]2＋[Co(NH3)6]3＋
【巩固练习】
1．由于化石燃料的长期大量消耗，传统能源逐渐枯竭，而人类对能源的需求量越来越高，氢能源和化学电源的开发与利用成为全球发展的重要问题。以含钴废渣(主要成分为CoO和Co2O3，含少量Al2O3和ZnO)为原料制备锂电池的电极材料CoCO3的工艺流程如图，下列说法错误的是(　　)
A．通入SO2发生反应的离子方程式：2Co3＋＋SO2＋2H2O===2Co2＋＋SO＋4H＋
B．加入适量Na2CO3调节pH是利用几种氢氧化物Ksp的不同除铝
C．若萃取剂的总量一定，则分多次加入萃取比一次加入萃取效果更好
D．将含Co2＋的溶液缓慢滴加到Na2CO3溶液中沉钴，以提高CoCO3的产率
2．处理锂离子二次电池正极废料铝钴膜(含有LiCoO2、Al等)的一种工艺如下，下列有关说法不正确的是(　　)
A．碱浸的目的是溶解铝 B．酸溶时H2O2被还原
C．H2SO4/H2O2可改用浓盐酸 D．铝、钴产物可再利用
3．锂离子电池广泛应用于智能手机、笔记本电脑等电子产品。废旧电池正极片中的钴酸锂(LiCoO2)可采用湿法液相还原法回收，并制得超细钴粉，其流程如下(已知：柠檬酸能与Co2＋形成配合物，CoO在酸性条件下能氧化Cl－)，下列叙述错误的是(　　)
A．流程中NMP作溶剂，H2O2是氧化剂，而N2H4是还原剂
B．酸浸时，使用柠檬酸比盐酸更高效环保
C．酸浸时，温度不宜过高，其原因是温度高会使H2O2分解
D．从正极片中可回收的金属元素有Al、Cu、Co、Li
4．某矿石的成分为：CoS、CuFeS2、CaS、SiO2，某化学兴趣小组查阅资料设计的回收其中钴和铜的工艺流程如图，已知Co的金属性大于Cu、小于Fe，下列说法正确的是(　　)
A．“生物浸出”在较高温度下进行可以提高浸出率
B．萃取振荡时，分液漏斗下口应倾斜向上
C．分液时，应将上层液体由分液漏斗下口放至另一烧杯中
D．用KSCN溶液和新制氯水可以检验“水相”中的Fe2＋
5．废旧合金中含金属钴(Co)及少量杂质铁和其他惰性杂质，由废合金制备Co2O3的工艺流程如下，下列说法不正确的是(　　)
A．隔绝空气加热时可以在坩埚中进行
B．生成CoCO3的离子方程式为Co2＋＋2HCO===CoCO3↓＋CO2↑＋H2O
C．将滤液加入显碱性的NH4HCO3溶液中可以得到更多纯净CoCO3
D．沉淀需洗涤干净，避免后续反应污染空气
6．Co3O4主要用作电池材料、磁性材料、热敏电阻等。利用钴渣[主要含Co（OH）3、Fe（OH）3]获得Co3O4的流程如图[已知：Co(OH)3、Fe(OH)3、Co(OH)2的Ksp分别为1.6×10－44、4.0×10－38、6.3×10－15；当离子浓度≤
1×10－5 mol·L－1时认为该离子沉淀完全]。下列叙述正确的是(　　)
A．浸取时，H2O2还原了Co3＋ B．除铁时，溶液必须调至呈碱性
C．基态Co2＋的价电子排布式为3d54s2 D．煅烧产物是Co3O4和CO
7．以含镍废料(主要成分为NiO，含少量FeO、Fe2O3、CoO、BaO和SiO2)为原料制备NixOy和碳酸亚钴(CoCO3)的工艺流程如图，下列说法不正确的是(　　)
A．“滤渣Ⅰ”的主要成分是SiO2、BaSO4
B．“氧化”时的离子反应为6Fe2＋＋6H＋＋ClO===6Fe3＋＋Cl－＋3H2O
C．“调pH”过程中形成黄钠铁矾渣，Na2CO3必须过量
D．“沉钴”过程发生的反应为Co2＋＋2HCO===CoCO3↓＋CO2↑＋H2O
8．(2024·新课标卷)钴及其化合物在制造合金、磁性材料、催化剂及陶瓷釉等方面有着广泛应用。一种从湿法炼锌产生的废渣(主要含Co、Zn、Pb、Fe的单质或氧化物)中富集回收得到含锰高钴成品的工艺如下：
已知溶液中相关离子开始沉淀和沉淀完全(c≤1×10－5 mol·L－1)时的pH：
Fe3＋ Fe2＋ Co3＋ Co2＋ Zn2＋
开始沉淀的pH 1.5 6.9 — 7.4 6.2
沉淀完全的pH 2.8 8.4 1.1 9.4 8.2
回答下列问题：
(1)“酸浸”前废渣需粉碎处理，目的是_______________；“滤渣1”中金属元素主要为_______________
(2)“过滤1”后的溶液中加入 MnO2的作用是___________________________，取少量反应后的溶液，加入化学试剂___________检验___________，若出现蓝色沉淀，需补加 MnO2
(3)“氧化沉钴”中氧化还原反应的离子方程式为_______________________________、_______________________
(4)“除钴液”中主要的盐有_______(写化学式)，残留的Co3＋浓度为_______mol·L－1
9．(2024·全国甲卷)钴在新能源、新材料领域具有重要用途。某炼锌废渣含有锌、铅、铜、铁、钴、锰的＋2价氧化物及锌和铜的单质。从该废渣中提取钴的一种流程如下。
注：加沉淀剂使一种金属离子浓度小于等于10－5 mol·L－1，其他金属离子不沉淀，即认为完全分离
已知：①Ksp(CuS)＝6.3×10－36，Ksp(ZnS)＝2.5×10－22，Ksp(CoS)＝4.0×10－21
②以氢氧化物形式沉淀时，lg[c(M)/(mol·L－1)]和溶液的关系如图所示
回答下列问题：
(1)“酸浸”前，需将废渣磨碎，其目的是_____________________________
(2)“酸浸”步骤中，CoO发生反应的化学方程式是________________________
(3)假设“沉铜”后得到的滤液中c(Zn2+)和c(Co2+)均为0.1 mol·L－1，向其中加入 Na2S至Zn2+沉淀完全，此时溶液中c(Co2+)＝_____mol·L－1，据此判断能否实现Zn2+和Co2+的完全分离_____(填“能”或“不能”)
(4)“沉锰”步骤中，生成1.0 mol MnO2，产生H+的物质的量为_____
(5)）“沉淀”步骤中，用NaOH调pH＝4，分离出的滤渣是_____
(6)“沉钴”步骤中，控制溶液pH＝5.0～5.5，加入适量的NaClO氧化Co2+，其反应的离子方程式为_____
(7)根据题中给出的信息，从“沉钴”后的滤液中回收氢氧化锌的方法是_____
10．(2023·湖北卷)SiCl4是生产多晶硅的副产物。利用SiCl4对废弃的锂电池正极材料LiCoO2 进行氯化处理以回收Li、Co等金属，工艺路线如下：
回答下列问题：
(1)Co位于元素周期表第_______周期，第_______族
(2)烧渣是LiCl、CoCl2和SiO2的混合物，“500℃焙烧”后剩余的SiCl4应先除去，否则水浸时会产生大量烟雾，用化学方程式表示其原因___________________________________________
(3)鉴别洗净的“滤饼3”和固体Na2CO3常用方法的名称是___________________
(4)已知Ksp[Co(OH)2]＝5.9×10－15，若“沉钴过滤”的pH控制为10.0，则溶液中Co2+浓度为_______mol·L－1。“850℃煅烧”时的化学方程式为_______________________________________
(5)导致SiCl4比CCl4易水解的因素有_______
a．Si－Cl键极性更大 b．Si的原子半径更大
c．Si－Cl键键能更大 d．Si有更多的价层轨道
11．(2023·广东卷)(14分)Ni、Co均是重要的战略性金属。从处理后的矿石硝酸浸取液(含Ni2+、Co2+、Al3+、Mg2+)中，利用氨浸工艺可提取Ni、Co，并获得高附加值化工产品。工艺流程如下：
已知：氨性溶液由NH3·H2O、(NH4)2SO3和(NH4)2CO3配制。常温下，Ni2+、Co2+、Co3+与NH3形成可溶于水的配离子：lgKb(NH3·H2O)＝－4.7；Co(OH)2易被空气氧化为Co(OH)3；部分氢氧化物的Ksp如下表。
氢氧化物 Co(OH)2 Co(OH)3 Ni(OH)2 Al(OH)3 Mg(OH)2
Ksp 5.9×10－15 1.6×10－44 5.5×10－16 1.3×10－33 5.6×10－12
回答下列问题：
(1)活性MgO可与水反应，化学方程式为__________
(2)常温下，pH＝9.9的氨性溶液中，c(NH3·H2O)_____c(NH4+) (填“>”“<”或“=”)
(3)“氨浸”时，由Co(OH)3转化为[Co(NH3)6]2+的离子方程式为______________________________
(4) (NH4)2CO3会使滤泥中的一种胶状物质转化为疏松分布的棒状颗粒物。滤渣的X射线衍射图谱中，出现了NH4Al(OH)2CO3的明锐衍射峰
①NH4Al(OH)2CO3属于__________(填“晶体”或“非晶体”)
②(NH4)2CO3提高了Ni、Co的浸取速率，其原因是__________________________________________________
(5)①“析晶”过程中通入的酸性气体A为__________
②由CoCl2可制备AlxCoOy晶体，其立方晶胞如图。Al与O最小间距大于Co与O最小间距，x、y为整数，则Co在晶胞中的位置为__________；晶体中一个Al周围与其最近的O的个数为_______
(6)①“结晶纯化”过程中，没有引入新物质。晶体A含6个结晶水，则所得HNO3溶液中n(HNO3)与n(H2O)的比值，理论上最高为______________
②“热解”对于从矿石提取Ni、Co工艺的意义，在于可重复利用HNO3和______(填化学式)
12．(2015·山东卷)利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。LiOH可由电解法制备，钴氧化物可通过处理钴渣获得。
(1)利用如图装置电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。B极区电解液为________溶液(填化学式)，阳极电极反应式为________，电解过程中Li＋向________电极迁移(填“A”或“B”)
(2)利用钴渣[含Co(OH)3、Fe(OH)3等]制备钴氧化物的工艺流程如下：
Co(OH)3溶解还原反应的离子方程式为____________________________，铁渣中铁元素的化合价为________。在空气中煅烧CoC2O4生成钴氧化物和CO2，测得充分煅烧后固体质量为2.41 g，CO2体积为1.344 L(标准状况)，则钴氧化物的化学式为________
13．[Co(NH3)6]Cl3(三氯化六氨合钴)是合成其他含钴配合物的重要原料，实验室中可由金属钴及其他原料制备[Co(NH3)6]Cl3
(一)CoCl2的制备：CoCl2易潮解，可用金属钴与氯气反应制备CoCl2。实验中利用下列装置进行制备
(1)装置A中发生反应的离子方程式为______________________________________________
(2)按图中A→E的顺序组合装置制备CoCl2，E为盛装有______(填试剂名称)的干燥管，其作用为_____________
(3)该实验需配制12 mol·L－1的浓盐酸250 mL，需要用到的玻璃仪器是烧杯、量筒、玻璃棒、______和______，若配制过程中未恢复室温即转移液体进行后续操作，则所配溶液实际浓度______(填“大于”或“小于”)12 mol·L－1
(二)[Co(NH3)6]Cl3的制备
步骤如下：
Ⅰ．在100 mL锥形瓶内加入4.5 g研细的CoCl2、3 g NH4Cl和5 mL水，加热溶解后加入0.3 g活性炭作催化剂
Ⅱ．冷却后，加入浓氨水混合均匀。控制温度在10 ℃以下并缓慢加入10 mL H2O2溶液
Ⅲ．在60 ℃下反应一段时间后，经过一系列操作后，过滤、洗涤、干燥得到[Co(NH3)6]Cl3晶体
已知：不同温度下[Co(NH3)6]Cl3在水中的溶解度如图所示。
回答下列问题：
(4)步骤Ⅱ中在加入H2O2溶液时，控制温度在10 ℃以下的目的是________________________
(5)制备[Co(NH3)6]Cl3的总反应的化学方程式为______________________________________
(6)Ⅲ中的“一系列操作”包括______、______
14．钴是生产电池材料、高温合金、磁性材料及染色剂的重要原料。一种以湿法炼锌净化渣（主要含有Co、Fe、Cu、Pb、ZnO、Fe2O3等）为原料提取钴的工艺流程如下。回答下列问题：
已知：常温下，Ksp（CuS）＝8.9×10－36，Ksp（CoS）＝4.0×10－21。
(1)基态Co原子的价电子排布式为_________
(2)“浸出”过程中，为提高浸出率可采取的措施有__________________(写2种)，浸出渣的成分为_________
(3)“除铜”后溶液中Co2＋浓度为0.4 mol·L－1，为防止除铜时产生CoS沉淀，应控制溶液的pH不超过______[已知常温下，饱和H2S水溶液中存在关系式：c2(H＋)·c(S2－)＝1.0×10－22(mol·L－1)3]
(4)“氧化”过程中，Na2S2O8与Co2＋发生反应的离子方程式为____________________________________
(5)“沉铁”过程中，Na2CO3的作用是_____________________________________________
(6)“沉钴”产物可用于制备CoO
①Co(OH)3在稀有气体中受热分解生成CoO的化学方程式为______________________________________
②CoO的晶胞结构如图所示，与Co2＋距离最近且相等的Co2＋有______个；设Co2＋与O2－的最近核间距为r nm，CoO晶体的密度为___________g·cm－3 (设NA为阿伏加德罗常数的值，列出计算式)
(7)[Co(NH3)5Cl]Cl2可用作聚氯乙烯的染色剂和稳定剂。在该配合物中，Co的化合价为_____ ，中心原子的配体为_________，含有的微粒间作用力有_________(填标号)
a．离子键 b．配位键 c．金属键
15．三氯化六氨合钴(Ⅲ)[Co(NH3)6]Cl3是钴化合物合成中的重要原料，实验室以CoCl2为原料制备[Co(NH3)6]Cl3。其中CoCl2可以通过钴和纯净氯气反应制得，实验室制备CoCl2可用下图实验装置实现。
已知：①钴单质在300℃以上易被氧气氧化，CoCl2易潮解
②2KMnO4＋16HCl(浓)===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O
(1)A中盛放浓盐酸的仪器名称为______
(2)装置的连接顺序为____________(按气流方向，用大写字母表示)
(3)反应开始前应先打开A中盛放浓盐酸仪器的活塞，再点燃D中酒精灯，其目的是_______________________
(4)新制氯水中，含有氯元素的微粒有______(填微粒符号)
(5)把氯气溶于水得到新制氯水，把该氯水加入滴有酚酞的NaOH溶液中，发现溶液红色褪去。为探究褪色的原因，有同学提出三种猜想：
猜想1：氯水消耗了NaOH
猜想2：氯水消耗了酚酞
猜想3：氯水同时消耗了NaOH和酚酞
为验证上述猜想，该同学取上述褪色后的溶液于甲、乙两支试管中。向甲试管中滴加足量溶液，向乙试管中滴加足量酚酞溶液。如果甲试管中溶液变红，则猜想______(选填“1”“2”“3”)成立；如果观察到______(填实验现象)，则猜想3成立。
(6)该同学为了完成上述实验探究，在实验室配制90 mL mol L－1氢氧化钠溶液。
①配置该溶液需要称量氢氧化钠固体的质量是______g
②配制过程中使用的玻璃仪器有量筒、烧杯、玻璃棒、______、______
③关于配制过程的说法正确的是______(填字母)
A．将称好的固体直接在容量瓶中加水溶解
B．将溶解后的溶液转移到容量瓶时，有少量的溶液溅出，会使所配溶液浓度偏低
C．容量瓶不干燥，含有少量蒸馏水，会使所配溶液浓度偏低
D．溶液未冷却到室温就移入容量瓶定容，会使所配溶液浓度偏高
16．利用一种钴矿石(主要成分为 Co2O3，含少量 SiO2及铁、铝、锰、镁、钙等金属元素的氧化物)制取CoC2O4·2H2O 晶体的工艺流程如下：
已知部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液 pH 如表：
沉淀物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Co(OH)2 Al(OH)3 Mn(OH)2
完全沉淀时的pH 3.7 9.6 9.2 5.2 9.8
(1)溶浸过程中 Co2O3 发生反应的离子方程式为_______________________________
(2)氧化除杂过程中加入 Na2CO3 的主要目的是________________________________，若不加入 NaClO3，其后果是____________________________________________________
(3)滤渣3的成分是____________(填化学式)，滤液中加入萃取剂的目的是除去_________元素(填元素符号)
(4)萃取余液中加入草酸铵后，获取 CoC2O4·2H2O 晶体的操作是____________________________________
(5)含钴化合物 LiCoO2是废旧锂电池的正极材料，可与双氧水、稀 H2SO4 混合加热得到 CoSO4回收利用，该反应的化学方程式是_______________________________________
(6)已知某温度下Ksp(MgF2)＝7.35×10－11，Ksp(CaF2)＝1.05×10－10，当加入过量NaF溶液后，所得滤液中＝___________
17．金属Co、Ni性质相似，在电子工业以及金属材料上应用十分广泛。现以含钴、镍、铝的废渣(含主要成分为CoO、Co2O3、Ni、少量杂质Al2O3)提取钴、镍的工艺如下：
(1)酸浸时SO2的作用是_________________________________________________
(2)除铝时加入碳酸钠产生沉淀的离子方程式：_____________________________________________________
(3)有机层提取出的Ni2＋可用于制备氢镍电池，该电池工作原理：NiOOH＋MHeq \o(
,\s\up7(放电) ,\s\do6(充电))Ni(OH)2＋M，电池放电时正极的电极反应式为_______________________________________
(4)用CoCO3为原料采用微波水热法和常规水热法均可制得H2O2分解的高效催化剂CoxNi(1－x)Fe2O4(其中Co、Ni均为＋2价)。如图是用两种不同方法制得的CoxNi(1－x)Fe2O4在10 ℃时催化分解6%的H2O2溶液的相对初始速率随x变化曲线
①H2O2的电子式________________
②由图中信息可知：________法制取的催化剂活性更高
③Co2＋、Ni2＋两种离子中催化效果更好的是________
(5)已知煅烧CoCO3时，温度不同，产物不同。在400 ℃充分煅烧CoCO3，得到固体氧化物的质量为2.41 g，CO2的体积为0.672 L(标准状况下)，则此时所得固体氧化物的化学式为__________
18．三氧化二钴主要用作颜料、釉料及磁性材料，利用铜钴矿石制备Co2O3的工艺流程如图1。请回答下列问题：
已知：铜钴矿石主要含CoO(OH)、CoCO3、Cu2(OH)2CO3和SiO2，其中还含有一定量的Fe2O3、MgO和CaO等
(1)“浸泡”过程中可以加快反应速率和提高原料利用率的方法有____________________________(写出2种即可)
(2)“浸泡”过程中，加入Na2SO3溶液的主要作用是__________________________________________________
(3)向“沉铜”后的滤液中加入NaClO3溶液，写出滤液中的金属离子与NaClO3反应的离子方程式_____________________________________________
(4)温度、pH对铜、钴浸出率的影响如图2、图3所示：
①“浸泡”铜钴矿石的适宜条件为______________
②图3中pH增大时铜、钴浸出率下降的原因可能是_________________________________________________
(5)CoC2O4·2H2O在空气中高温煅烧得到Co2O3的化学方程式是________________________________________
(6)一定温度下，向滤液A中加入足量的NaF溶液可将Ca2＋、Mg2＋沉淀而除去，若所得滤液B中c(Mg2＋)＝
1.0×10－5 mol·L－1，则滤液B中c(Ca2＋)为_______[已知该温度下Ksp(CaF2)＝3.4×10－11，Ksp(MgF2)＝7.1×10－11]
19．钴被誉为战略物资，有出色的性能和广泛的应用。以水钴矿(主要成分为Co2O3、CoO、CuO、Fe2O3、CaO、MgO、NiO和SiO2等)为原料制备CoCl2·6H2O的工艺流程如图所示，回答下列问题：
(1)“酸浸”
①钴的浸出率随酸浸时间、温度的变化关系如右图所示。综合考虑成本，应选择的最佳工艺条件为________；滤渣A的主要成分为________
②写出Co2O3与浓硫酸反应生成CoSO4的化学方程式_____________________________________________
(2)“净化除杂”过程包括除铁、除钙镁、除铜等步骤。
①除铁：加入适量Na2SO4固体，析出淡黄色晶体黄钠铁矾Na2Fe6(SO4)4(OH)12，写出反应的离子方程式：______________________________________________________________
②除铜：加入适量Na2S2O3，发生反应：2CuSO4＋2Na2S2O3＋2H2O===Cu2S↓＋S↓＋2Na2SO4＋2H2SO4，Na2S2O3中硫元素的化合价是________，上述反应每消耗15.8 g Na2S2O3，反应中转移电子________ mol
(3)“萃取和反萃取”
①“水相C”中的溶质主要是Na2SO4和________(写化学式)
②实验室称取100 g原料(含钴11.80%)，反萃取时得到浓度为0.036 mol·L－1 CoCl2溶液5 L，忽略损耗，钴的产率＝________(产率＝×100%)
20．CoCl2可用于电镀，是一种性能优越的电池前驱材料，由含钴矿(Co元素主要以Co2O3、CoO的形式存在，还含有Fe、Si、Cu、Zn、Mn、Ni、Mg、Ca元素)制取氯化钴晶体的一种工艺流程如下，回答下列问题：
已知：①焦亚硫酸钠(Na2S2O5)常作食品抗氧化剂。CaF2、MgF2难溶于水
②CoCl2·6H2O的熔点为86 ℃，易溶于水、乙醚等；常温下稳定无毒，加热至110～120 ℃时，失去结晶水变成有毒的无水氯化钴
③部分金属阳离子形成氢氧化物的pH见下表：
Co3＋ Fe3＋ Cu2＋ Co2＋ Fe2＋ Zn2＋ Mn2＋ Mg2＋
开始沉淀pH 0.3 2.7 5.5 7.2 7.6 7.6 8.3 9.6
完全沉淀pH 1.1 3.2 6.6 9.2 9.6 9.2 9.3 11.1
(1)操作①的名称为______________________，NaClO3具有氧化性，其名称为______________
(2)浸取时加入Na2S2O5的作用是_____________________________
(3)滤液1中加入NaClO3溶液的作用是_____________，相关的离子方程式为_____________________________
(4)加入Na2CO3溶液生成滤渣2的主要离子方程式为_____________________
(5)滤渣3的主要成分为___________________(写化学式)
滤液3经过多次萃取与反萃取制备CoCl2晶体：
(6)滤液3中加入萃取剂Ⅰ，然后用稀盐酸反萃取的目的是____________________________
(7)制备晶体CoCl2·6H2O，需在减压环境下烘干的原因是____________________________
21．钴(主要化合价有＋2、＋3)具有较强的抗腐蚀性，可用于不锈钢的生产。以某含钴矿石(主要成分为CoO，主要杂质为SiO2、Fe2O3、CuO)为原料生产钴的主要工艺流程如图所示：
(1)酸浸前通常要将矿石粉碎，粉碎的目的是__________________________________________，在实验中进行操作a、操作b，均需要使用的一种玻璃仪器是________________，经操作c后得到盐和脂肪酸，操作c的名称是______________。
(2)由流程图中的信息得出铁、铜、钴的硫酸盐在水中和脂肪酸中的溶解性差异是________________________，写出氧化沉钴时反应的离子方程式：_________________________________
(3)用化学方程式表示粗钴生产的原理________________________，若用电解法获得精钴，阳极材料是______
(4)某锂离子电池正极材料为钴酸锂(LiCoO2)、负极材料为嵌入有Li的C6，电解质为含Li＋的导电固体，充电时，阴极发生的反应为C6＋xLi＋＋xe－===LixC6。充放电过程中，发生LiCoO2与Li1－xCoO2之间的转化，写出放电时正极上的电极反应式：________________________，放电过程中Li＋向________极移动
【钴及其化合物】答案
1．D。解析：含钴废渣主要成分为CoO、Co2O3，含少量Al2O3、ZnO，由流程可知，加入稀硫酸酸浸，发生反应：Co2O3＋6H＋===2Co3＋＋3H2O、CoO＋2H＋===Co2＋＋H2O、Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O、ZnO＋2H＋===Zn2＋＋H2O，同时通入SO2，Co3＋被还原为Co2＋，发生反应：2Co3＋＋SO2＋2H2O===2Co2＋＋SO＋4H＋，得到的溶液主要含有的金属离子有Co2＋、Al3＋、Zn2＋，加入Na2CO3溶液调节pH，Al3＋发生反应：2Al3＋＋3CO＋3H2O===2Al(OH)3↓＋3CO2↑，过滤，除去Al(OH)3，加入萃取剂，萃取Zn2＋，分液后向有机层中加入适量的硫酸溶液充分振荡，得到ZnSO4溶液，向水层中缓慢加入Na2CO3，得到CoCO3，以此来解答。通入SO2时Co3＋被还原为Co2＋，则反应的离子方程式：2Co3＋＋SO2＋2H2O===2Co2＋＋SO＋4H＋，故A正确；加入Na2CO3溶液调节pH，Al3＋发生反应：2Al3＋＋3CO＋3H2O===2Al(OH)3↓＋3CO2↑，可除去铝，故B正确；萃取剂的总量一定，则分多次加入萃取比一次加入萃取分离更彻底，效果更好，故C正确；“沉钴”时为使Co2＋沉淀完全，Na2CO3溶液需稍过量且缓慢滴加，则滴加顺序不合理，故D错误。
2．B。解析：A项，根据铝钴膜的成分以及工艺流程，Al能与NaOH反应，生成可溶的NaAlO2，LiCoO2不溶于NaOH，然后过滤得到LiCoO2，因此碱浸的目的是溶解铝，正确；B项，LiCoO2中Co显＋3价，产品中CoC2O4，Co显＋2价，化合价降低，LiCoO2为氧化剂，H2O2为还原剂，被氧化，错误；C项，H2SO4提供H＋，H2O2作还原剂，盐酸也能提供H＋，＋3价Co也能氧化Cl－转化成＋2价Co，正确；D项，根据上述分析，铝、钴产物可以再利用，正确。
3．A。解析：从题干可知正极片中含钴酸锂(LiCoO2)，加入NMP溶液浸泡后得滤液，经蒸发、煅烧、研磨制得粉末状LiCoO2粗品，可知NMP为溶剂。加入H2O2后有O2放出，可知H2O2为还原剂，将＋3价钴还原为＋2价钴，再加入N2H4后生成单质钴，N2H4也作还原剂，被氧化生成N2，A错误；若选用盐酸酸浸，CoO在酸性条件下可氧化Cl－，有Cl2生成，产生污染，而柠檬酸可与Co2＋形成配合物，促进反应正向进行，B正确；温度过高，H2O2会分解生成O2，降低H2O2的利用率，C正确；整个流程中，依次有铝箔、铜箔、超细钴粉、含Li滤液出现，这些均可从正极片中回收，D正确。
4．B。解析：A.温度过高细菌失去活性，浸出率下降，只能在适当温度下进行“生物浸出”，故A错误；B.萃取振荡时，分液漏斗下口倾斜向上，边振荡，边旋开活塞放气，故B正确；C.分液时，应先将下层液体由分液漏斗下口放入烧杯中，再将上层液体由分液漏斗上口倒出，故C错误；D.“水相”中含有亚铁离子和铁离子，可以用铁氰化钾溶液检验其中的亚铁离子，不能用KSCN溶液和新制氯水检验“水相”中的Fe2＋，故D错误。综上所述，答案为B。
5．C。解析：固体加热应在坩埚中进行，A项正确；HCO可以电离出CO和H＋，Co2＋与CO结合生成CoCO3，同时H＋与HCO生成CO2气体，则生成CoCO3的离子方程式为Co2＋＋2HCO===CoCO3↓＋CO2↑＋H2O，B项正确；将滤液加入显碱性的NH4HCO3溶液中，容易得到Co(OH)2，使CoCO3不纯，C项错误；滤液中有NH4Cl，如果残留在沉淀上，加热会分解产生NH3和HCl，污染环境，D项正确。
6．A。解析：由流程分析知，钴渣经一系列处理后得到CoC2O4，Co的化合价降低，则推断在浸取时发生了氧化还原反应，Co3＋作氧化剂，H2O2作还原剂，H2O2将＋3价的Co还原为＋2价，A正确；将铁除尽时，c(Fe3＋)≤
1×10－5 mol·L－1，由题中Ksp[Fe（OH）3]＝4.0×10－38，代入粗略计算，知pH调至3左右时就能完全除去铁，B错误；基态Co2＋的价电子排布式为3d7，C错误；CoC2O4的煅烧产物是Co3O4和CO2，D错误。
7．C。解析：废料中加入硫酸，NiO、FeO、Fe2O3、CoO、BaO均能与硫酸反应，生成的NiSO4、FeSO4、Fe2(SO4)3、CoSO4进入溶液，SiO2和硫酸钡为滤渣，A正确；“调pH”过程中形成黄钠铁矾渣，Na2CO3不能过量，防止Co2＋、Ni2＋形成沉淀而损失，C错误。
8．(1)增大固液接触面积，加快酸浸速率，提高浸取效率 Pb
(2)将溶液中的Fe2＋氧化为Fe3＋，以便在后续调pH时除去Fe元素 K3[Fe(CN)6]溶液 Fe2＋
(3)3Co2＋＋MnO＋7H2O===3Co(OH)3↓＋MnO2↓＋5H＋ 3Mn2＋＋2MnO＋2H2O===5MnO2↓＋4H＋
(4)ZnSO4、K2SO4 10－6.7
解析：由题中信息可知，用硫酸处理含有Co、Zn、Pb、Fe的单质或氧化物的废渣，得到含有Co2＋、Zn2＋、
Fe2＋、Fe3＋、SO等离子的溶液，Pb的单质或氧化物与硫酸反应生成难溶的PbSO4，则“滤渣1”为“酸浸”时生成的PbSO4；向滤液中加入MnO2将Fe2＋氧化为Fe3＋，然后加入ZnO调节pH＝4使Fe3＋完全转化为Fe(OH)3，则“滤渣Ⅱ”的主要成分为Fe(OH)3，滤液中的金属离子主要是Co2＋、Zn2＋和Mn2＋；最后“氧化沉钴”，加入强氧化剂KMnO4，将溶液中Co2＋氧化为Co3＋，在pH＝5时Co3＋形成Co(OH)3沉淀，而KMnO4则被还原为MnO2，KMnO4还会与溶液中的Mn2＋发生归中反应生成MnO2，得到Co(OH)3和MnO2的混合物，“除钴液”主要含有ZnSO4、K2SO4，据此解答。
(1)在原料预处理过程中，粉碎固体原料能增大固体与液体的接触面积，从而加快酸浸的反应速率，提高浸取效率；由分析可知，“滤渣1”的主要成分为PbSO4，则“滤渣1”中金属元素主要为Pb；
(2)酸浸液中含有Co2＋、Zn2＋、Fe2＋、Fe3＋、SO等离子。由题表中数据可知，当Fe3＋完全沉淀时，Co2＋未开始沉淀，而当Fe2＋完全沉淀时，Co2＋已有一部分沉淀，因此为了除去溶液中的Fe元素且Co2＋不沉淀，应先将
Fe2＋氧化为Fe3＋，然后调节溶液的pH使Fe3＋完全水解转化为Fe(OH)3沉淀，因此，MnO2的作用是将Fe2＋氧化为Fe3＋，以便在后续调pH时除去Fe元素。常用K3[Fe(CN)6]溶液检验Fe2＋，若生成蓝色沉淀，则说明溶液中仍存在Fe2＋，需补加MnO2；
(3)由分析可知，该过程发生两个氧化还原反应，根据分析中两个反应的反应物、产物与反应环境(pH＝5)，结合得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒可写出两个离子方程式：
3Co2＋＋MnO＋7H2O===3Co(OH)3↓＋MnO2↓＋5H＋ 3Mn2＋＋2MnO＋2H2O===5MnO2↓＋4H＋；
(4)最终得到的“除钴液”中含有的金属离子主要是最初“酸浸”时与加入ZnO调pH时引入的Zn2＋、加入KMnO4“氧化沉钴”时引入的K＋，而阴离子是在酸浸时引入的SO，因此其中主要的盐有ZnSO4和K2SO4。当溶液pH＝1.1时c(H＋)＝10－1.1mol·L－1，Co3＋恰好完全沉淀，此时溶液中c(Co3＋)＝1.0×10－5mol·L－1，则c(OH－)＝ ＝
10－12.9mol·L－1，则 Ksp[Co(OH)3]＝1.0×10－5×(10－12.9)3＝10－43.7。“除钴液”的pH＝5，即c(H＋)＝10－5mol·L－1，则c(OH－)＝ ＝10－9mol·L－1，此时溶液中c(Co3＋)＝＝＝10－16.7mol·L－1。
9．(1)增大固体与酸反应的接触面积，提高钴元素的浸出效率
(2)CoO＋H2SO4===CoSO4＋H2O
(3)1.6×10－4 不能
(4)4.0 mol
(5)Fe(OH)3
(6)2Co2＋＋5ClO－＋5H2O===2Co(OH)3↓＋Cl－＋4HClO
(7)向滤液中滴加溶液，边加边搅拌，控制溶液的pH接近12但不大于12，静置后过滤、洗涤、干燥
解析：炼锌废渣含有锌、铅、铜、铁、钴、锰的＋2价氧化物及锌和铜的单质，经稀硫酸酸浸时，铜不溶解，Zn及其他＋2价氧化物除铅元素转化为硫酸铅沉淀外，其他均转化为相应的+2价阳离子进入溶液；然后通入硫化氢沉铜生成CuS沉淀；过滤后，滤液中加入Na2S2O8将锰离子氧化为二氧化锰除去，同时亚铁离子也被氧化为铁离子；再次过滤后，用氢氧化钠调节pH＝4，铁离子完全转化为氢氧化铁沉淀除去；第三次过滤后的滤液中加入次氯酸钠沉钴，得到Co(OH)3。
(1)“酸浸”前，需将废渣磨碎，其目的是增大固体与酸反应的接触面积，提高钴元素的浸出效率。
(2)“酸浸”步骤中，Cu不溶解，Zn单质及其他＋2价氧化物除铅元素转化为硫酸铅沉淀外，其他均转化为相应的+2价阳离子进入溶液，即CoO为转化为CoSO4，反应的化学方程式为CoO＋H2SO4===CoSO4＋H2O。
(3)假设“沉铜”后得到的滤液中c(Zn2＋)和c(Co2＋)均为0.1 mol·L－1，向其中加入Na2S至(Zn2＋沉淀完全，此时溶液中c(S2－)＝mol·L－1＝2.5×10－17mol·L－1，则c(Co2＋)＝＝1.6×10－4mol·L－1，c(Co2＋)小于0.1 mol/L，说明大部分Co2＋也转化为硫化物沉淀，据此判断不能实现Zn2+和Co2+的完全分离。
(4)“沉锰”步骤中，Na2S2O8将Mn2+氧化为二氧化锰除去，发生的反应为
Mn2＋＋S2O＋2H2O===MnO2↓＋4H＋＋2SO，因此，生成1.0 mol MnO2，产生的物质的量为4.0 mol。
(5)“沉锰”步骤中，S2O同时将Fe2+氧化为Fe3+，“沉淀”步骤中用NaOH调pH＝4，Fe3+可以完全沉淀为Fe(OH)3，因此，分离出的滤渣是Fe(OH)3。
(6)“沉钴”步骤中，控制溶液pH＝5.0～5.5，加入适量的NaClO氧化Co2＋，为了保证Co2＋被完全氧化，NaClO要适当过量，其反应的离子方程式为2Co2＋＋5ClO－＋5H2O===2Co(OH)3↓＋Cl－＋4HClO。
(7)根据题中给出的信息，“沉钴”后的滤液的pH＝5.0～5.5，溶液中有Zn元素以Zn2＋形式存在，当pH＞12后氢氧化锌会溶解转化为[Zn(OH)4]2－，因此，从“沉钴”后的滤液中回收氢氧化锌的方法是：向滤液中滴加NaOH溶液，边加边搅拌，控制溶液的pH接近12但不大于12，静置后过滤、洗涤、干燥。
10．(1)4 Ⅷ
(2)SiCl4＋3H2O===H2SiO3↓＋4HCl
(3)焰色反应
(4)5.9×10－7 6Co(OH)2＋O2 2Co3O4＋6H2O
(5)abd
解析：由流程和题中信息可知，LiCoO2粗品与SiCl4在500℃焙烧时生成氧气和烧渣，烧渣是LiCl、CoCl2和SiO2的混合物；烧渣经水浸、过滤后得滤液1和滤饼1，滤饼1的主要成分是SiO2和H2SiO3；滤液1用氢氧化钠溶液沉钴，过滤后得滤饼2(主要成分为Co(OH)2)和滤液2(主要溶质为LiCl)；滤饼2置于空气中在850℃煅烧得到Co3O4；滤液2经碳酸钠溶液沉锂，得到滤液3和滤饼3，滤饼3为Li2CO3。
(1)Co是27号元素，其原子有4个电子层，其价电子排布为3d74s2，元素周期表第8、9、10三个纵行合称第Ⅷ族，因此，其位于元素周期表第4周期、第Ⅷ族。
(2)“500℃焙烧”后剩余的SiCl4应先除去，否则水浸时会产生大量烟雾，由此可知，四氯化硅与可水反应且能生成氯化氢和硅酸，故其原因是：SiCl4遇水剧烈水解，生成硅酸和氯化氢，该反应的化学方程式为SiCl4＋3H2O===H2SiO3↓＋4HCl。
(3)洗净的“滤饼3”的主要成分为Li2CO3，常用焰色反应鉴别Li2CO3和Na2CO3，Li2CO3的焰色反应为紫红色，而Na2CO3的焰色反应为黄色。故鉴别“滤饼3”和固体Na2CO3常用方法的名称是焰色反应。
(4)已知Ksp[Co(OH)2]＝5.9×10－15，若“沉钴过滤”pH控制为10.0，则溶液中c(OH－)＝1×10－4mol·L－1，Co2+浓度为＝mol·L－1＝5.9×10－7mol·L－1。“850℃煅烧”时，Co(OH)2与O2反应生成Co3O4和H2O，该反应的化学方程式为6Co(OH)2＋O2 2Co3O4＋6H2O。
(5)a．Si－Cl键极性更大，则 Si－Cl键更易断裂，因此，SiCl4比CCl4易水解，a有关；b．Si的原子半径更大，因此，SiCl4中的共用电子对更加偏向于Cl，从而导致Si－Cl键极性更大，且Si原子更易受到水电离的OH－的进攻，因此，SiCl4比CCl4易水解，b有关；c．通常键能越大化学键越稳定且不易断裂，因此，Si－Cl键键能更大不能说明Si－Cl更易断裂，故不能说明SiCl4比CCl4易水解，c无关；d．Si有更多的价层轨道，因此更易与水电离的OH－形成化学键，从而导致SiCl4比CCl4易水解，d有关；综上所述，导致SiCl4比CCl4易水解的因素有abd。
11．(1)MgO＋H2O===Mg(OH)2
(2)＞
(3)2Co(OH)3＋12 NH3·H2O＋SO===2[Co (NH3)6]2+＋SO＋13H2O＋4OH－
或2Co(OH)3＋8 NH3·H2O＋4NH＋SO===2[Co(NH3)6]2+＋SO＋13H2O
(4)晶体 减少胶状物质对镍钴氢氧化物的包裹，增加了滤泥与氨性溶液的接触面积
(5)HCl 体心 12
(6)0.4或2:5 MgO
解析：硝酸浸取液(含Ni2+、Co2+、Al3+、Mg2+)中加入活性氧化镁调节溶液pH值，过滤，得到滤液主要是硝酸镁，结晶纯化得到硝酸镁晶体，再热解得到氧化镁和硝酸。滤泥加入氨性溶液氨浸，过滤，向滤液中进行镍钴分离，经过一系列得到氯化铬和饱和氯化镍溶液，向饱和氯化镍溶液中加入氯化氢气体得到氯化镍晶体。(1)活性MgO可与水反应，化学方程式为MgO+H2O=Mg(OH)2；(2)常温下，pH=9.9的氨性溶液中，lgKb(NH3·H2O)＝－4.7，Kb(NH3·H2O)＝10－4.7＝eq \f(c(NH)·c(OH－),c(NH3·H2O))，eq \f(c(NH),c(NH3·H2O))＝＝＝10－0.6＜1，则c(NH3·H2O)＞c(NH4+)；(3)“氨浸”时，Co(OH)3与亚硫酸根发生氧化还原反应，再与氨水反应生成[Co (NH3)6]2+，则由Co(OH)3转化为[Co (NH3)6]2+的离子方程式为2Co(OH)3＋12 NH3·H2O＋SO===2[Co (NH3)6]2+＋SO＋13H2O＋4OH－或2Co(OH)3＋8 NH3·H2O＋4NH＋SO===2[Co(NH3)6]2+＋SO＋13H2O；(4)(NH4)2CO3会使滤泥中的一种胶状物质转化为疏松分布的棒状颗粒物。滤渣的X射线衍射图谱中，出现了NH4Al(OH)2CO3的明锐衍射峰。①X射线衍射图谱中，出现了NH4Al(OH)2CO3的明锐衍射峰，则NH4Al(OH)2CO3属于晶体；②根据题意(NH4)2CO3会使滤泥中的一种胶状物质转化为疏松分布的棒状颗粒物，则(NH4)2CO3能提高了Ni、Co的浸取速率，其原因是减少胶状物质对镍钴氢氧化物的包裹，增加了滤泥与氨性溶液的接触面积；(5)①“析晶”过程中为了防止Ni2+水解，因此通入的酸性气体A为HCl；②由CoCl2可制备AlxCoOy晶体，其立方晶胞如图。x、y为整数，根据图中信息Co、Al都只有一个原子，而氧(白色)原子有3个，Al与O最小间距大于Co与O最小间距，则Al在顶点，因此Co在晶胞中的位置为体心；晶体中一个Al周围与其最近的O原子，以顶点Al分析，面心的氧原子一个横截面有4个，三个横截面共12个，因此晶体中一个Al周围与其最近的O的个数为12；(6)①“结晶纯化”过程中，没有引入新物质。晶体A含6个结晶水，则晶体A为Mg(NO3)2·6H2O，根据Mg(NO3)2＋2H2OMg(OH)2＋2HNO3，Mg(OH)2MgO＋H2O，还剩余5个水分子，因此所得HNO3溶液中n(HNO3)与n(H2O)的比值理论上最高为2：5；②“热解”对于从矿石提取Ni、Co工艺的意义，根据前面分析Mg(NO3)2＋2H2OMg(OH)2＋2HNO3，Mg(OH)2MgO＋H2O，在于可重复利用HNO3和MgO。
12．(1)LiOH　2Cl－－2e－===Cl2↑　B
(2)2Co(OH)3＋SO＋4H＋===2Co2＋＋SO＋5H2O
[或Co(OH)3＋3H＋===Co3＋＋3H2O,2Co3＋＋SO＋H2O===2Co2＋＋SO＋2H＋]　＋3　Co3O4
解析：(1)根据电解装置图，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液，B极区产生H2，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，剩余OH－与Li＋结合生成LiOH，所以B极区电解液应为LiOH溶液，B电极为阴极，则A电极应为阳极。阳极区电解液应为LiCl溶液，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑。根据电流方向，电解过程中Li＋向B电极迁移。
(2)酸性条件下，Co(OH)3首先与H＋反应生成Co3＋，Co3＋具有氧化性，可将SO氧化为SO，根据电子守恒和质量守恒定律，配平可得：2Co(OH)3＋4H＋＋SO===SO＋2Co2＋＋5H2O。由于NaClO3和O2具有氧化性，铁渣中铁元素应为＋3价。在空气中煅烧CoC2O4生成钴氧化物和CO2，设钴氧化物的分子式为CoxOy，则有
xCoC2O4＋O2CoxOy＋2xCO2
　　　　(59x＋16y)g　2x mol
　　　　　　　2.41 g ＝0.06 mol
则有(59x＋16y)×0.06＝2.41×2x，得x∶y＝3∶4。
所以钴氧化物的化学式为Co3O4。
13．(1)2MnO＋10Cl－＋16H＋===2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O　
(2)碱石灰　吸收未反应完的Cl2，防止空气中的水蒸气进入D装置使CoCl2潮解　
(3)250 mL容量瓶　胶头滴管　大于　
(4)防止温度过高使H2O2和NH3·H2O分解
(5)2CoCl2＋2NH4Cl＋10NH3·H2O＋H2O22[Co(NH3)6]Cl3＋12H2O　
(6)趁热过滤　冷却结晶
解析：(6)由[Co(NH3 )6 ]Cl3在水中的溶解度曲线可知，[Co(NH3)6]Cl3的溶解度随温度变化较大，降温时[Co(NH3)6]Cl3会结晶析出，所以在60 ℃下反应一段时间后，应该趁热过滤除去活性炭，再冷却结晶使[Co( NH3)6 ]Cl3晶体析出，经过过滤、洗涤、干燥等操作得到[Co(NH3)6]Cl3晶体。
14．(1)3d74s2
(2)升温、粉碎矿物 PbSO4
(3)1.0
(4)S2O＋2Co2＋===2SO＋2Co3＋
(5)调节溶液pH，使铁离子完全沉淀
(6)①4Co(OH)34CoO＋O2↑＋6H2O
②12 ×1021
(7)＋3 NH3、Cl－ ab
解析：
(1)Co元素为元素周期表中第27号元素，位于第四周期第Ⅷ族，基态Co原子的价电子排布式为3d74s2。
(2)“浸出”过程中，为提高浸出率，可通过加快反应速率来达到，可采取的措施有升高温度、粉碎矿物、适当增大硫酸浓度等；根据湿法炼锌净化渣的主要成分判断，浸出渣的成分是微溶物PbSO4。
(3)由已知信息知，为防止除铜时产生CoS沉淀，需控制溶液中c(S2－)≤＝mol·L－1＝1.0×10－20 mol·L－1，则此时c(H＋)≥ mol·L－1＝0.1 mol·L－1，pH≤1.0。
(4)结合后续操作及得到Co(OH)3知，氧化过程中加入的过硫酸钠将Co2＋氧化为了Co3＋，则发生反应的离子方程式为S2O＋2Co2＋===2SO＋2Co3＋。
(5)“沉铁” 过程中加入Na2CO3来调节溶液pH，使铁离子沉淀完全。
(6)①Co(OH)3在稀有气体中受热分解生成CoO，Co元素化合价由＋3降至＋2，则必有元素化合价升高，分析知同时生成了氧气，反应的化学方程式为4Co(OH)34CoO＋O2↑＋6H2O。②以体心处Co2＋为研究对象，与其距离最近且相等的Co2＋有12个，同层、上层、下层各有4个。由Co2＋与O2－的最近核间距为r nm得出CoO的晶胞边长为2r nm，则CoO的晶胞体积V＝(2r×10－7)3 cm3，每个CoO晶胞中存在4个Co2＋和4个O2－，因此每个CoO晶胞的质量m＝g，根据密度公式得ρ＝＝×1021 g·cm－3。
(7)由化合物中各元素化合价代数和为0知，该配合物中Co的化合价为＋3。根据配合物的结构特征可知，中心原子Co的配体为NH3和Cl－，内界[Co （NH3）5Cl]2＋与Cl－之间的作用力为离子键，而中心原子Co与配体NH3、Cl－之间的作用力为配位键。
15．(1)分液漏斗
(2)AECDB
(3)排尽装置中的空气，防止钴被氧化
(4)Cl2、HClO、Cl－、ClO－
(5)1 甲乙两试管中红色都不恢复
(6)8.0 胶头滴管 100 mL容量瓶 BD
解析：A中MnO2与浓盐酸反应加热生成的Cl2中含有HCl和水蒸气，通过E的饱和的NaCl、C的浓硫酸，除杂得纯净的Cl2；D中氯气与金属Co加热反应生成CoCl2，CoCl2易潮解，装置B中碱石灰的作用，防止水蒸气进入装置D中，同时吸收多余的Cl2，装置的连接顺序为A→E→C→D→B；
(1)A中盛放浓盐酸的仪器名称为分液漏斗；
(2)由分析可知：装置的连接顺序为A→E→C→D→B；
(3)反应开始前先点燃A处的酒精灯，其目的是用氯气将装置内的空气排出，防止氧气氧化钴单质；
(4)将Cl2溶于水形成氯水，其中含氯元素的微粒有Cl2、HClO、Cl－、ClO－；
(5)根据题意，可知若向甲中加入氢氧化钠又变红，说明褪色的原因是氯水消耗氢氧化钠，即猜想1成立；甲乙两试管中红色都不恢复，说明氢氧化钠、酚酞全部反应完，即猜想3成立；
(6)①配制90mL2.0mol L－1氢氧化钠溶液，应选择100mL容量瓶，需要溶质的质量为0.1L×2.0mol/L×40g/mol=8.0g；
②配制一定物质的量浓度的溶液的步骤是称量、溶解、冷却、移液、洗涤、定容、摇匀和装瓶可知所需的仪器有托盘天平、烧杯、玻璃棒、100mL容量瓶和胶头滴管，缺少的玻璃仪器为：胶头滴管、100mL容量瓶；
③A．容量瓶不能用于溶解固体，故A错误；B．将溶解后的溶液转移到容量瓶时，有少量的溶液溅出，溶质的物质的量偏小，可能导致结果偏低，故B正确；C．容量瓶不干燥，含有少量蒸馏水，不影响溶液的体积和溶质的量，浓度也不影响，故C错误；D．溶液未冷却到室温就移入容量瓶定容，则冷却后溶液的体积会偏小，会使所配溶液浓度偏高，故D正确；答案为BD
16．(1)Co2O3＋SO＋4H＋===2Co2＋＋SO＋2H2O　
(2)加入Na2CO3调节pH至5.2，可得到Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀　亚铁离子不能被氧化成铁离子而除去　
(3)CaF2、MgF2　Mn　
(4)蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥　
(5)2LiCoO2＋H2O2＋3H2SO42CoSO4＋Li2SO4＋4H2O＋O2↑　
(6)1.43
解析：(1)溶浸过程中 Co2O3 被还原生成Co2＋，发生反应的离子方程式为Co2O3＋SO＋4H＋===2Co2＋＋SO＋2H2O。
(2)氧化除杂过程中加入Na2CO3调节pH至5.2，可得到Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀，若不加入 NaClO3，其后果是亚铁离子不能被氧化成铁离子而除去。
(3)滤渣3为CaF2、MgF2，滤液中加入萃取剂的目的是除去Mn元素。
(4)萃取余液后通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到CoC2O4·2H2O晶体。
(5)LiCoO2可与双氧水、稀 H2SO4 混合加热得到 CoSO4回收利用，同时生成硫酸锂、水和氧气，该反应的化学方程式是2LiCoO2＋H2O2＋3H2SO42CoSO4＋Li2SO4＋4H2O＋O2↑。
(6)当加入过量NaF溶液后，溶液中存在平衡：Mg2＋(aq)＋CaF2(s)MgF2(s)＋Ca2＋(aq)，＝＝≈1.43。
17．(1)还原剂(或将Co3＋还原为Co2＋)
(2)2Al3＋＋3CO＋3H2O===2Al(OH)3↓＋3CO2↑
(3)NiOOH＋e－＋H2O===Ni(OH)2＋OH－
(4)①　②微波水热　③Co2＋
(5)Co3O4
解析：(1)从流程图可知，在酸浸过程中Co2O3转化为Co2＋，故SO2为还原剂。
(2)Al3＋与CO会发生相互促进的水解反应生成Al(OH)3沉淀和CO2气体：2Al3＋＋3CO＋3H2O===2Al(OH)3↓＋3CO2↑。
(3)从电池的总反应方程式可知，该电池为碱性电池，放电过程中正极NiOOH转化为Ni(OH)2：NiOOH＋e－＋H2O===Ni(OH)2＋OH－。
(4)②从图像可知，微波水热法制取的催化剂的催化效果更好。③x值越大，Co2＋的含量越大，H2O2分解的相对初始速率越大，故Co2＋的催化效果更好。
(5)根据元素守恒，n(Co)＝n(CO2)＝＝0.03 mol，m(Co)＝0.03 mol×59 g·mol－1＝1.77 g；该氧化物中氧原子的质量；m(O)＝2.41 g－1.77 g＝0.64 g，n(O)＝＝0.04 mol，所以该氧化物的化学方程式为Co3O4。
18．(1)升温、粉碎矿石、适当增大稀硫酸的浓度(写出2种即可)
(2)将Co3＋、Fe3＋还原为Co2＋、Fe2＋
(3)ClO＋6Fe2＋＋6H＋===Cl－＋6Fe3＋＋3H2O
(4)①温度为65～75 ℃、pH为0.5～1.5　
②pH升高后溶液中c(H＋)下降，溶解CoO(OH)、CoCO3、Cu2(OH)2CO3的能力降低　
(5)4CoC2O4·2H2O＋3O22Co2O3＋8CO2＋8H2O
(6)4.8×10－6 mol·L－1
解析：往铜钴矿石中加入过量稀硫酸和Na2SO3溶液，“浸泡”后溶液中含有Co2＋、Cu2＋、Fe2＋、Mg2＋、Ca2＋，加入Na2SO3溶液主要是将Co3＋、Fe3＋还原为Co2＋、Fe2＋，“沉铜”后先加入NaClO3溶液将Fe2＋氧化为Fe3＋，再加入Na2CO3溶液调节pH使Fe3＋形成沉淀，过滤后所得滤液A主要含有Co2＋、Mg2＋、Ca2＋，再用NaF溶液除去钙离子、镁离子，过滤后，向滤液B中加入浓Na2CO3溶液使Co2＋转化为CoCO3固体，向CoCO3固体中先加盐酸，再加草酸铵溶液得到二水合草酸钴，煅烧后制得Co2O3。
(1)“浸泡”过程中可以加快反应速率和提高原料利用率的方法有升温、粉碎矿石、适当增大稀硫酸的浓度等。(2)Na2SO3具有较强的还原性，加入过量的Na2SO3溶液可将Co3＋和Fe3＋还原为Co2＋及Fe2＋。
(3)由图1可知，“沉铜”后加入NaClO3溶液时，Co2＋并未被氧化，被氧化的是Fe2＋，反应的离子方程式为ClO3—＋6Fe2＋＋6H＋===Cl－＋6Fe3＋＋3H2O。
(4)①根据图2、图3可知，“浸泡”铜钴矿石的适宜条件是温度为65～75 ℃、pH为0.5～1.5。②图3反映的是pH变化对铜、钴浸出率的影响，“浸泡”过程是利用H＋和CoO(OH)、CoCO3、Cu2(OH)2CO3发生反应以浸出金属离子，当pH逐渐增大时，H＋的浓度减小，铜、钴浸出率降低。
(5)CoC2O4·2H2O在空气中高温煅烧得到Co2O3的化学方程式为4CoC2O4·2H2O＋3O22Co2O3＋8CO2＋8H2O。(6)c(Ca2＋)＝×c(Mg2＋)＝×1.0×10－5mol·L－1≈4.8×10－6 mol·L－1。
19．(1)①12 h、90 ℃　SiO2(二氧化硅)
②2Co2O3＋4H2SO4(浓)4CoSO4＋4H2O＋O2↑
(2)①2Na＋＋6Fe3＋＋4SO＋12H2ONa2Fe6(SO4)4(OH)12↓＋12H＋ ②＋2　0.4
(3)①NiSO4　②90%
解析：(1)①结合题给图像和钴的浸出率来看，综合考虑成本，应选择的最佳工艺条件为12 h、90 ℃；水钴矿主要成分中的SiO2在酸浸过程中不能溶解，所以滤渣A的主要成分为SiO2(二氧化硅)。②由Co2O3与浓硫酸反应生成CoSO4可知，Co2O3作氧化剂，而硫酸中的H、S都处于最高价，故只能是氧元素被氧化生成O2，根据电子守恒可以写出该反应的化学方程式为2Co2O3＋4H2SO4(浓)4CoSO4＋4H2O＋O2↑。
(2)①加入适量Na2SO4固体，析出淡黄色晶体黄钠铁矾Na2Fe6(SO4)4(OH)12，根据原子守恒可写出反应的离子方程式为2Na＋＋6Fe3＋＋4SO＋12H2ONa2Fe6(SO4)4(OH)12↓＋12H＋。②加入适量Na2S2O3，发生反应：2CuSO4＋2Na2S2O3＋2H2O===Cu2S↓＋S↓＋2Na2SO4＋2H2SO4，Na2S2O3中硫元素的平均化合价是＋2价，化合价降低的是铜，从＋2价降到＋1价，Na2S2O3中有一部分S化合价从＋2价降到－2价或0价，有一部分从＋2价升高到＋6价(生成H2SO4)，每消耗2 mol Na2S2O3，反应中转移电子的物质的量为(6－2)×2 mol＝8 mol，则每消耗15.8 g Na2S2O3，反应中转移电子××8＝0.4 mol。
(3)①纵览整个流程可知，经过酸浸，过滤，得到的滤液经历了除铁、除钙镁、除铜以后，再经过萃取操作，“水相C”中的主要溶质只剩下Na2SO4和NiSO4。②实验室称取100 g原料(含钴11.80 %)，反萃取时得到浓度为0.036 mol·L－1 CoCl2溶液5 L，忽略损耗，则钴的产率＝×100%＝90%。
20．(1)过滤　氯酸钠　
(2)将Co3＋还原为Co2＋
(3)把Fe2＋氧化为Fe3＋，便于分离　6Fe2＋＋ClO＋6H＋===6Fe3＋＋Cl－＋3H2O
(4)2Fe3＋＋3CO＋3H2O===2Fe(OH)3↓＋3CO2↑
(5)CaF2、MgF2
(6)分离出溶液中的Mn2＋、Cu2＋、Zn2＋，回收利用
(7)降低烘干温度，防止产品分解，产生有毒的无水氯化钴
解析：(1)观察流程图可知，经过操作①得到了滤渣1和滤液1，所以操作①是过滤。NaClO3的名称是氯酸钠。(2)根据已知①可知，Na2S2O5常作食品抗氧化剂，所以推断出Na2S2O5具有较强的还原性，因此浸取时加入Na2S2O5的作用是将Co3＋还原为Co2＋。(3)根据(1)中“NaClO3具有氧化性”，可知滤液1中加入NaClO3溶液的作用是将Fe2＋氧化为Fe3＋，便于分离。根据得失电子守恒、电荷守恒和元素守恒即可完成反应的离子方程式。(4)加入Na2CO3溶液调pH为3.0～3.5，结合表中数据可知，生成的沉淀只有Fe(OH)3，则Fe3＋与CO发生相互促进的水解反应，生成氢氧化铁沉淀和二氧化碳气体。(5)根据已知①，结合流程图，可知滤渣3的主要成分是CaF2和MgF2。(6)结合2个流程图可知，在滤液3中加入萃取剂Ⅰ，Mn2＋、Cu2＋、Zn2＋将进入有机层。在有机层中加入稀盐酸进行反萃取，则重新得到萃取剂Ⅰ和含有Mn2＋、Cu2＋、Zn2＋的溶液。(7)根据已知②可知，CoCl2·6H2O受热易失去结晶水而变为有毒的CoCl2，因此制备CoCl2·6H2O时需要在减压环境下低温烘干。
21．(1)可增大反应物接触面积，提高酸浸速率及原料的利用率　烧杯　蒸馏
(2)硫酸铜、硫酸铁在脂肪酸中的溶解度比在水中的大，而硫酸亚钴则相反
Cl2＋6OH－＋2Co2＋===Co2O3＋2Cl－＋3H2O
(3)3CO＋Co2O32Co＋3CO2(其他合理答案也可)　粗钴
(4)Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋===LiCoO2　正
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