水钴矿中除SiO 2 外，还有9.24% CoO、2.78% Fe 2 O 3 、0.96% MgO、0.084 % CaO。从中提取钴的主要工艺流

Question

水钴矿中除SiO 2 外，还有9.24% CoO、2.78% Fe 2 O 3 、0.96% MgO、0.084 % CaO。从中提取钴的主要工艺流程如下： （1）在一定浓度的H 2 SO 4 溶液中，钴的浸出率随时间、温度的变化如图所示。考虑生产成本和效率，最佳的浸出时间为 小时，最佳的浸出温度为 ℃。 （2）请配平下列除铁的化学方程式：Fe 2 (SO 4 ) 3 + H 2 O+ Na 2 CO 3 = Na 2 Fe 6 (SO 4 ) 4 (OH) 12 ↓+ Na 2 SO 4 + CO 2 ↑（3）“除钙、镁”的原理反应为：MgSO 4 +2NaF=MgF 2 ↓+Na 2 SO 4 ；CaSO 4 +2NaF=CaF 2 ↓+Na 2 SO 4 已知K sp （CaF 2 ）=1.11×10 －10 ，K sp （MgF 2 ）=7.40×10 －11 ，加入过量NaF溶液反应完全后过滤，则滤液中 。（4）“沉淀”中含杂质离子主要有SO 4 2 － 、F － 、 和 ；“操作X”包括 和 。（5）某锂离子电池正极是LiCoO 2 ，含Li + 导电固体为电解质。充电时，Li ＋ 还原为Li，并以原子形式嵌入电池负极材料碳-6（C 6 ）中（如图所示）。电池反应为LiCoO 2 +C 6 CoO 2 +LiC 6 ，写出该电池放电时的正极反应式 。

Answer 1

（16分）（1）12（2分），90（2分） （2）3，6，6，1，5，6（2分） 3Fe 2 (SO 4 ) 3 +6H 2 O+6Na 2 CO 3 =Na 2 Fe 6 (SO 4 ) 4 (OH) 12 ↓+5Na 2 SO 4 +6CO 2 ↑ （3）1.5（3分） （4）NH 4 ＋ （1分）、Na ＋ （1分）；洗涤（1分）、干燥（1分） （5）CoO 2 + Li ＋ + e － =LiCoO 2 （3分）

试题分析：（1）读图可知，升高温度，钴的浸出率逐渐增大，因此60℃时生产效率太低，90℃时的生产效率与120℃时的生产效率相差不明显，但是120℃时生产成本远远大于90℃时生产成本；因此最佳浸出温度为90℃，而最佳浸出时间为12h；（2）观察可知，该反应不涉及氧化还原反应，可以用设1法配平；设Na 2 Fe 6 (SO 4 ) 4 (OH) 12 的系数为1，根据铁原子守恒可得Fe 2 (SO 4 ) 3 的系数为3；根据硫原子守恒可得Na 2 SO 4 的系数为5，根据钠原子守恒可得Na 2 CO 3 的系数为6，根据碳原子守恒可得CO 2 的系数为6，根据氢原子守恒可得H 2 O的系数为6，即3Fe 2 (SO 4 ) 3 +6H 2 O+6Na 2 CO 3 =Na 2 Fe 6 (SO 4 ) 4 (OH) 12 ↓+5Na 2 SO 4 +6CO 2 ↑；（3）c(Ca 2+ )/c(Mg 2+ )=[c(Ca 2+ )?c 2 (F － )]/[c(Mg 2+ )?c 2 (F － )]= K sp （CaF 2 ）/ K sp （MgF 2 ）=(1.11×10 －10 )/( 7.40×10 －11 )=1.5；（4）沉淀中所含杂质离子来自可溶性盐电离，可溶性盐来自沉淀步骤之前发生的反应，即加入稀硫酸酸浸时引入的硫酸根离子，加入碳酸钠除铁时引入的钠离子，加入氟化钠除去钙、镁时引入的氟离子，加入草酸铵沉淀钴离子时引入的铵根离子；除去四水合草酸钴沉淀中混有的可溶性物质，常用洗涤、干燥等操作；（5）放电时电池总反应为CoO 2 +LiC 6 =LiCoO 2 +C 6 ，钴元素由+4降为+3价，锂元素由合金中的0升为+1价，则负极反应式为Li—e － =Li + ，阳离子移向正极，则锂离子移向正极并参与正极上的反应，所以正极反应式为CoO 2 + e － + Li + = LiCoO 2 。