Question

【題目】CoxFe3-xO4磁粉是一種比較好的高矯頑力磁粉。以FeSO4為原料制備CoxFe3-xO4的主要步驟如下：

（1）步驟①是在FeSO4溶液中加入NaOH溶液，在40℃下攪拌生成FeOOH晶種。生成晶種的化學方程式為_____________________。

（2）步驟②將晶種移到放有FeSO4溶液和鐵皮的生長槽中，升溫到60℃，吹入空氣，待晶種長大到一定尺寸后，過濾、水洗、干燥，得FeOOH粉末。生長槽中放入鐵皮的目的是_______，吹入空氣的作用為_____________________。

（3）步驟③將FeOOH在200～300℃下加熱脫水，生成紅色Fe2O3。實驗室完成該操作需要下列儀器中的___________（填字母）。

a．蒸發皿　　b．燒杯　　c．坩堝　　d．泥三角　　e．酒精燈

（4）步驟④通入H2，加熱至300～400℃，生成Fe3O4。通入H2前要向加熱爐中通入N2，其作用為______________________________________________。

（5）某研究小組欲用鋰離子電池正極廢料（含LiCoO2、鋁箔、鐵的氧化物）制備CoSO4·7H2O晶體。下表列出了相關金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH（開始沉淀的pH按金屬離子濃度為1.0 mol·L－1計算）：

金屬離子	開始沉淀的pH	沉淀完全的pH
Fe3＋	1.1	3.2
Fe2＋	5.8	8.8
Co2＋	6.9	9.4

請完成下列實驗步驟（可選用的試劑：H2O2、稀硝酸、稀硫酸、NaOH溶液）：

①用N－甲基吡咯烷酮在120℃下浸洗正極廢料，使LiCoO2與鋁箔分離，得到LiCoO2粗品并回收鋁。

② _____________________________________________________。

③向所得粗品CoSO4溶液中加入NaOH溶液，調節pH約為5，過濾。

④_______________________________________________________。

⑤將Co（OH）2沉淀溶于稀硫酸中，蒸發濃縮、降溫結晶，得到CoSO4·7H2O晶體。

Answer 1

【答案】 4FeSO4＋8NaOH＋O24FeOOH＋4Na2SO4＋2H2O 消耗硫酸，生成FeSO4 氧化硫酸亞鐵生成FeOOH，使晶種生長 cde 除去空氣，防止氫氣與氧氣混合反應爆炸 用稀硫酸溶解LiCoO2，并加入過量H2O2 向③所得濾液中加入NaOH溶液，調節pH至9.4，過濾，洗滌得到Co（OH）2沉淀

【解析】(1)該反應的反應物為FeSO4、NaOH和O2，產物為FeOOH，反應的方程式為4FeSO4+8NaOH+O24FeOOH+4Na2SO4+2H2O，故答案為：4FeSO4+8NaOH+O24FeOOH+4Na2SO4+2H2O；

(2)在此條件下反應生成酸，會導致晶種溶解，鐵反應消耗掉生成的硫酸，同時補充原料FeSO4；溶液中鐵為+2價，通入的氧氣為氧化劑，使其被氧化為+3價的鐵，故答案為：消耗硫酸，生成FeSO4；氧化FeSO4生成FeOOH，使晶種生長；

(3)加熱固體用坩堝，與其配套的有泥三角、三腳架、坩堝鉗、酒精燈等，故答案為：cde；

(4)氫氣易燃，在有氧氣存在下加熱會發生爆炸，故先用氮氣排盡空氣，故答案為：除去空氣，防止氫氣與氧氣混合發生爆炸；

(5)②、第①分離出LiCoO2粗品，第③得CoSO4溶液，并沉淀除去鐵離子，故第②應用硫酸溶解粗品，且需把生成的雜質亞鐵離子氧化為鐵離子，可以用雙氧化水，故答案為：用稀硫酸溶解LiCoO2，并加入過量H2O2；

④、第③得到純凈的溶液，第④應得到Co(OH)2沉淀，應加入氫氧化鈉溶液調節pH≥9.4，使鈷沉淀完全，并洗滌、干燥得到純凈物，故答案為：向③所得濾液中加入NaOH溶液，調節pH至9.4，過濾，洗滌得到Co(OH)2沉淀。