工艺流程题（九）
29．钴铁氧体（CoFe2O4）不仅是重要的磁性材料、磁致伸缩材料，还是重要的锂离子电池负极材料。工业上，可以由废旧锂钴电池正极材料（主要含Fe、Al、硅等杂质）回收钴，再用电化学法制得CoFe2O4。其流程如图所示（过程中所加试剂均足量） Ⅰ．废旧电池中钴的回收
__________________________。（1）写出过程②中LiCoO2与H2O2发生反应的化学方程式： （2）过程③Na2CO3的主要作用为__________________。 Ⅱ．电解法制得钴铁合金
（3）配制0.050mol?L?1FeSO4和0.025mol?L?1CoSO4的混合溶液，用铜作阴极、石墨作阳极进行电解，获得CoFe2合金。阴极的电极方程式为：___________。 Ⅲ．阳极氧化法制得钴铁氧体
（4）以1.500mol?L?1NaOH溶液作电解液，纯净的钴铁合金（CoFe2）作阳极进行电解，在阳极上获得CoFe2O4薄膜。该电解过程的化学方程式为__________________________。 （5）当电路上有0.4mol电子转移时，阳极电极材料增重质量为3.4g，与理论值不符，其原因可能为_______________。
（6）由废旧锂钴电池制CoFe2O4的现实意义在于：_____（写一条即可）。
【答案】2LiCoO2+H2O2+3H2SO4=2CoSO4+O2↑+ Li2SO4+4H2O 调节pH，使Fe3+沉淀分离 Co2++2Fe2++6e-=CoFe2 CoFe2+4H2O
CoFe2O4+4H2↑ 电极上同时生成了Co和Fe
的氢氧化物 合理利用废弃物；变废为宝；减少重金属污染 【解析】 【分析】
⑴过程②中LiCoO2与H2O2发生反应生成硫酸钴、硫酸锂和氧气。
⑵过程③中含有铁杂质，因此在③过程中主要通过调节溶液的pH值除去铁杂质。
⑶阴极上铜离子和亚铁离子失去电子变为CoFe2合金。
⑷纯净的钴铁合金（CoFe2）和水在阳极进行电解得到CoFe2O4薄膜。
⑸当电路上有0.4mol电子转移时，应该有0.2mol氧，即质量为3.2g，阳极电极材料增重质量为3.4g，与理论值不符，其原因可能为铁和钴生成氢氧化物。
⑹由废旧锂钴电池制CoFe2O4的现实意义在于：合理利用废弃物；变废为宝；减少重金属污染。 【详解】
⑴过程②中LiCoO2与H2O2发生反应生成硫酸钴、硫酸锂和氧气，其化学方程式2LiCoO2+ H2O2 +3H2SO4=2CoSO4+O2↑+ Li2SO4+4H2O，故答案为：2LiCoO2+H2O2+3H2SO4 = 2CoSO4 +O2↑+ Li2SO4+4H2O。
⑵过程③中含有铁杂质，因此在③过程中主要除去铁杂质，通过调节溶液的pH值，过程③Na2CO3的主要作用为调节pH，使Fe3+沉淀分离，故答案为：调节pH，使Fe3+沉淀分离。 ⑶配制0.050mol?L?1FeSO4和0.025mol?L?1CoSO4的混合溶液，用铜作阴极、石墨作阳极进行电解，获得CoFe2合金，阴极上铜离子和亚铁离子失去电子变为CoFe2合金，其电极方程式为：Co2++2Fe2++6e-=CoFe2，故答案为：Co2++2Fe2++6e-=CoFe2。
⑷以1.500mol?L?1NaOH溶液作电解液，纯净的钴铁合金（CoFe2）作阳极进行电解，在阳极上获得CoFe2O4薄膜。该电解过程的化学方程式为CoFe2+4H2O答案为：CoFe2+4H2O
CoFe2O4+4H2↑。
CoFe2O4+4H2↑，故
⑸当电路上有0.4mol电子转移时，应该有0.2mol氧，即质量为3.2g，阳极电极材料增重质量为3.4g，与理论值不符，其原因可能为铁和钴生成氢氧化物，故答案为：电极上同时生成了Co和Fe的氢氧化物。
⑹由废旧锂钴电池制CoFe2O4的现实意义在于：合理利用废弃物；变废为宝；减少重金属污染，故答案为：合理利用废弃物；变废为宝；减少重金属污染。
30．PbCl2是一种重要的化工材料，常用作助溶剂、制备铅黄等染料。工业生产中利用方铅矿精矿（主要成分为PbS，含有FeS2等杂质）和软锰矿（主要成分为MnO2）制备PbCl2的工艺流程如下图所示。
已知：i．PbCl2微溶于水 ii．PbCl2（s）+2Cl－（aq）
PbCl42－（aq）△H＞0
（1）浸取过程中MnO2与PbS发生如下反应，请将离子反应补充完整并配平：_____ ______+___Cl－+___PbS+___MnO2=___PbCl2+__SO42-+_____ +_____
（2）由于PbCl2微溶于水，容易附着在方铅矿表面形成“钝化层”使反应速率大大降低，浸取剂中加入饱和NaCl溶液可有效避免这一现象，原因是__________。 （3）调pH的目的是____________。
（4）沉降池中获得PbCl2采取的措施有_________。
（5）通过电解酸性废液可重新获得MnO2，装置示意图如下：
①在_____极（填“a”或“b”）获得MnO2，电极反应为_______________。 ②电解过程中发现有Cl2产生，原因可能是_____________(用化学用语表示)。 【答案】8H++2Cl-+PbS+4MnO2=PbCl2+SO42-+4Mn2++4H2O PbCl2（s）+2Cl-（aq）
PbCl42-（aq），加入NaCl增大c（Cl-），有利于平衡正向移动，将PbCl2（s）转化为溶液中的离子，消除“钝化层” 除去溶液中的Fe3+ 加水稀释、降温 a Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+ 2Cl--2e-=Cl2↑或（MnO2+4HCl=MnCl2+Cl2↑+2H2O） 【解析】 【分析】
方铅矿精矿(主要成分为PbS，含有FeS2等杂质)和软锰矿(主要成分为MnO2)中加入稀盐酸，根据酸性废液中含有硫酸根离子矿渣，PbS中S元素被氧化成硫酸根离子，则发生反应为4MnO2+PbS+8HCl=3MnCl2+PbCl2+MnSO4+4H2O，加入NaCl促进反应
PbCl2 (s)+2Cl-(aq)?PbCl42-(aq)，加入NaOH溶液调节溶液pH，使铁离子转化成氢氧化铁沉淀，过滤得到氢氧化铁、矿渣和滤液；PbCl2微溶于水，将溶液沉降过滤得到PbCl2；电解酸
性废液(Mn2+、SO42-、Cl-)可重新获得MnO2，连接电源正极为阳极，发生氧化反应，连接电源负极为阴极，发生还原反应，据此解答。 【详解】
(1)浸取过程中MnO2与PbS发生反应4MnO2+PbS+8HCl=3MnCl2+PbCl2+MnSO4+4H2O，离子反应为：8H++2Cl-+PbS+4MnO2=PbCl2+4Mn2++SO42-+4H2O； (2)浸取剂中加入饱和NaCl溶液可有效避免钝化层的原因为：已知
PbCl2 (s)+2Cl-(aq)?PbCl42-(aq)，加入NaCl增大c(Cl-)，有利于平衡正向移动，将PbCl2 (s)转化为溶液中的离子，消除“钝化层”；
(3)根据流程可知调节溶液pH，使铁离子转化成氢氧化铁沉淀，除去溶液中的Fe3+； (4)已知：PbCl2 (s)+2Cl-(aq)?PbCl42-(aq)△H＞0，可以通过加水稀释、降温促进反应逆向进行，获得PbCl2；
(5)①酸性废液(Mn2+、SO42-、Cl-)，得到MnO2，故Mn2+失去电子发生氧化反应得到MnO2，电极反应为：Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+，为阳极，则连接a极；
②酸性废液中有氯离子，可能在阳极放电得到氯气，也可能被生成的二氧化锰氧化得到氯气，涉及的反应为：2Cl--2e-=Cl2↑、MnO2+4HCl=MnCl2+Cl2↑+2H2O。
31．镁是一种重要金属，号称国防金属。某设计小组利用硼镁矿制备镁和硼的流程如下：
H2O，硼砂的化学式为Na2B4O7·10H2O，回答下列问题：已知：硼镁矿的主要成分Mg2B2O5· H2O中B的化合价为________。在90℃的热水中，加入稀硫酸调节pH=2~3（1）Mg2B2O5·
生成硼酸(H3BO3)，反应的离子方程式为__________。
NaBH4是有机合成中常见的还原剂，NaBH4的电子式为______。（2）硼的化合物种类繁多， 6H2O置于HCl氛围中加热的目的是_____，Mg与X在高温下反应的化学（3）将MgCl2·方程式为________。
cMg2+)（4）若向硼镁矿中加入0.1 mol/L盐酸溶液，充分反应后测得溶液的pH=2时，溶液中（为__________________________________（忽略溶液体积的变化）。
（5）电解熔融的无水氯化镁所得的镁蒸汽在特定的环境里冷却后即为固体镁，下列物质中可以作镁蒸汽的冷却剂的是_________（填字母序号） A氦气 B氮气
C水蒸气 D二氧化碳气体 E氯气
（6）Mg-H2O2是一种以海水为电解质(加入一定量的酸)的新型电池。该电池的负极材料为_____，正极的电极反应为________。
【答案】+3 B4O72- + 2H+ + 5H2O = 4H3BO3
防止MgCl2水解生
Mg(OH)2 B2O3+3Mg
高温2B+3MgO c(Mg2+)=0.045mol/L A Mg
H2O2+2e-+2H+=2H2O 【解析】 【分析】
硼镁矿的主要成分为Mg2B2O5?H2O，硼砂的化学式为Na2B4O7?10H2O．利用硼镁矿制取金属镁及粗硼的工艺流程中硼镁矿加入氢氧化钠浓溶液，过滤得到氢氧化镁，加入浓盐酸溶解通过蒸发浓缩，冷却结晶得到氯化镁结晶水合物，在氯化氢气流中加热得到氯化镁固体，电解熔融氯化镁得到镁；滤液中主要是NaBO2，通入适量二氧化碳气体得到硼砂，溶于热水后，用H2SO4调pH2～3制取H3BO3，加热得到B2O3，B2O3与镁反应生成硼，据此分析解答。 【详解】
硼镁矿的主要成分为Mg2B2O5?H2O，硼砂的化学式为Na2B4O7?10H2O．利用硼镁矿制取金属镁及粗硼的工艺流程中硼镁矿加入氢氧化钠浓溶液，过滤得到氢氧化镁，加入浓盐酸溶解通过蒸发浓缩，冷却结晶得到氯化镁结晶水合物，在氯化氢气流中加热得到氯化镁固体，电解熔融氯化镁得到镁；滤液中主要是NaBO2，通入适量二氧化碳气体得到硼砂，溶于热水后，用H2SO4调pH2～3制取H3BO3，加热得到B2O3，B2O3与镁反应生成硼，
H2O中Mg元素化合价为+2价，氧元素化合价-2价，依据化合价代数和为零（1）Mg2B2O5·
计算得到硼元素化合价为+3价；在90℃的热水中，加入稀硫酸调节pH=2~3生成硼酸(H3BO3)，硼砂中的Na2B4O7在酸溶液中生成H3BO3 ，反应的离子方程式为：B4O72- + 2H+ + 5H2O = 4H3BO3；
故答案为：+3；B4O72- + 2H+ + 5H2O = 4H3BO3；
2020年高考专题训练-工艺流程题(九)
