Question

14．有報(bào)道稱Co₃O₄能催化N₂O分解，其中₂₇Co在元素周期表中屬于鐵系元素，其單質(zhì)及化合物的性質(zhì)與鐵有很多相似之處．
（1）鈷元素在周期表中的位置是第四周期第VIII族；Co₃O₄中Co的化合價(jià)為+2，+3．
（2）Co₃O₄能與濃鹽酸反應(yīng)生成黃綠色氣體，寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式：Co₃O₄+8HCl（濃）=3CoCl₂+Cl₂↑+4H₂O．實(shí)驗(yàn)反應(yīng)中若消耗10mol•L^-1濃鹽酸40mL，則反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子0.1mol，產(chǎn)生氣體的標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積為1120mL．
（3）下列關(guān)于Co₃O₄催化N₂O分解的說(shuō)法正確的是CD（填序號(hào)）．
A．Co₃O₄作為催化劑使N₂O分解反應(yīng)的△H增大
B．Co₃O₄作為催化劑使N₂O分解反應(yīng)的△H減少
C．Co₃O₄作為催化劑使N₂O分解反應(yīng)的△H不變
D．Co₃O₄作為催化劑使N₂O分解反應(yīng)的途徑改變，降低了反應(yīng)所需能量
E．Co₃O₄作為催化劑使N₂O分解反應(yīng)的途徑改變，增加了反應(yīng)所需能量
（4）實(shí)驗(yàn)測(cè)得：Co（OH）₂在空氣中加熱時(shí)，可得到不同價(jià)態(tài)的氧化物．固體殘留率（剩余固體質(zhì)量與原始固體質(zhì)量比率）隨溫度的變化如圖所示．已知鈷的氫氧化物加熱至290℃時(shí)已完全脫水．通過(guò)分析數(shù)據(jù)確定：在B、C之間（500℃-1000℃）范圍內(nèi)，剩余固體成分為：CoO．

Answer 1

分析 （1）鈷元素在周期表中位于第四周期第VIII族；根據(jù)化合價(jià)的代數(shù)和為0來(lái)分析；
（2）Co₃O₄能與濃鹽酸反應(yīng)生成黃綠色氣體，說(shuō)明Co₃O₄做氧化劑被還原，據(jù)此書寫化學(xué)方程式；根據(jù)氯元素的化合價(jià)的變化來(lái)分析轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量和生成氣體的體積；
（3）催化劑參與反應(yīng)，改變了反應(yīng)路徑，但反應(yīng)熱△H取決于反應(yīng)物總能量和生成物總能量的相對(duì)大小，與反應(yīng)路徑無(wú)關(guān)，據(jù)此分析；
（4）根據(jù)質(zhì)量守恒定律，在變化過(guò)程中，Co的質(zhì)量沒有變，通過(guò)題給數(shù)據(jù)看，在1000℃是Co（OH）₂完全分解，則產(chǎn)物CoO．

解答 解：（1）鈷元素在周期表中位于第四周期第VIII族；根據(jù)化合價(jià)的代數(shù)和為0，可知鈷元素為+$\frac{8}{3}$價(jià)，結(jié)合Fe₃O₄的化合價(jià)的情況可知，鈷元素既有+2價(jià)又有+3價(jià)，
故答案為：第四周期第VIII族；+2，+3；
（2）Co₃O₄能與濃鹽酸反應(yīng)生成黃綠色氣體，說(shuō)明Co₃O₄做氧化劑，將HCl中的氯元素氧化為氯氣，Co₃O₄被還原為CoCl₂，故書寫化學(xué)方程式為：Co₃O₄+8HCl（濃）=3CoCl₂+Cl₂↑+4H₂O；根據(jù)反應(yīng)可知，當(dāng)8mol鹽酸參與反應(yīng)時(shí)，轉(zhuǎn)移2mol電子，生成1mol氯氣，故當(dāng)消耗10mol•L^-1濃鹽酸40mL，即消耗0.4mol鹽酸時(shí)，轉(zhuǎn)移0.1mol電子，生成0.05mol氯氣，在標(biāo)況下的體積為1120mL，
故答案為：Co₃O₄+8HCl（濃）=3CoCl₂+Cl₂↑+4H₂O；0.1；1120；
（3）催化劑參與反應(yīng)，改變了反應(yīng)路徑，降低了反應(yīng)的活化能，但由于反應(yīng)熱△H取決于反應(yīng)物總能量和生成物總能量的相對(duì)大小，與反應(yīng)路徑無(wú)關(guān)，故使用催化劑△H不變，故選CD；
（4）根據(jù)質(zhì)量守恒定律，在變化過(guò)程中，Co的質(zhì)量沒有變，假設(shè)原始固體質(zhì)量為100g，則n（Co）=$\frac{100}{93}$mol，m（Co）=100×$\frac{59}{93}$g；
在1000℃時(shí)，固體質(zhì)量不再變化，說(shuō)明Co（OH）₂完全分解，n（Co）：n（O）=$\frac{100}{93}$：[（80.65-100×$\frac{59}{93}$）÷16]=1：1，剩余固體成分為CoO，故答案為：CoO．

點(diǎn)評(píng) 本題考查的知識(shí)比較散，涉及到元素周期表，物質(zhì)性質(zhì)、化學(xué)方程式的書寫，圖表分析，覆蓋面比較廣，綜合性比較強(qiáng)，難度比較大．