题目

题型：不详难度：来源：

Co_xFe_3－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Co_xFe_3－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。

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。