Question

9．鈷及其化合物在磁性材料、電池材料、超硬材料及催化劑等領域有廣泛應用．
（1）Co_xNi_（1-x）Fe₂O₄可用作H₂O₂分解的催化劑
①已知Co_xNi_（1-x）Fe₂O₄中Co、Ni的化合價均為+2，則該化合物中鐵元素的化合價為+3．
②如圖1表示由兩種不同方法制得的Co_xNi_（1-x）Fe₂O₄在室溫時催化分解6%的H₂O₂溶液，相對初始速率隨x變化曲線．則兩種方法中，制取的催化劑活性更高的是微波熱水法；催化劑催化活性與鈷、鎳比[n（Co²⁺）：n（Ni²⁺）]的關系是鈷、鎳比越大，催化劑的催化活性越高．
（2）氯化鈷（CoCl₂）是一種常用的化學試劑，某同學向CoCl₂溶液中滴加NaOH溶液．得到粉紅色的Co（OH）₂沉淀，在空氣中粉紅色沉淀慢慢轉(zhuǎn)化為棕褐色的Co（OH）₃，向Co（OH）₃沉淀中加入鹽酸，沉淀溶解，同時放出黃綠色氣體，依次寫出該同學實驗過程中發(fā)生反應的化學方程式CoCl₂+2NaOH=Co（OH）₂↓+2NaCl、4Co（OH）₂+O₂+2H₂O=4Co（OH）₃、2Co（OH）₃+6HCl=2CoCl₂+Cl₂↑+3H₂O．
（3）草酸鈷是制備鈷的氧化物的重要原料．如圖2為二水合草酸鈷（CoC₂O₄•2H₂O）在空氣中受熱的質(zhì)量變化曲線，曲線中300℃及以上溫度所得固體均為鈷的氧化物．
①通過計算確定B、C處剩余固體對應的化學式分別是CoC₂O₄、Co₃O₄．
②取一定質(zhì)量的二水合草酸鈷分解后的鈷氧化物（其中Co的化合價為+2、+3），用480mL5mol•L^-1鹽酸恰好使其完全溶解，得到CoCl₂溶液和4.48L（標準狀況）黃綠色氣體．則該鈷氧化物中n（Co²⁺）：n（Co³⁺）=3：2．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)化合價代數(shù)和為0計算Fe的化合價；
②過氧化氫的分解速率越大，催化劑活性更高；隨x值越大，過氧化氫的分解速率越大，而x增大，Co²⁺的比例增大；
（2）CoCl₂溶液中滴加NaOH溶液Co（OH）₂沉淀和NaCl，Co（OH）₂與氧氣和水反應生成Co（OH）₃，Co（OH）₃與HCl反應生成氯氣、CoCl₂和水；
（3）①由圖可知，CoC₂O₄•2H₂O的質(zhì)量為18.3g，其物質(zhì)的量為0.1mol，根據(jù)B點固體的質(zhì)量分析；
CoC₂O₄•2H₂O的質(zhì)量為18.3g，其中Co元素質(zhì)量為5.9g，C點鈷氧化物質(zhì)量為8.03g，氧化物中氧元素質(zhì)量為8.03g-5.9g=2.13g，根據(jù)兩種元素的物質(zhì)的量之比計算；
②由電子守恒：n（Co³⁺）=2 n（Cl₂），由電荷守恒：n（Co原子）_總=n（Co²⁺）_溶液=$\frac{1}{2}$n（Cl^-），聯(lián)立計算n_氧化物（Co²⁺），然后計算鈷氧化物中n（Co²⁺）：n（Co³⁺）．

解答 解：（1）①Co_xNi_（1-x）Fe₂O₄中Co、Ni均為+2，O為-2價，則Fe的化合價為$\frac{4×2-（2x+2-2x）}{2}$=+3，故答案為：+3；
②過氧化氫的分解速率越大，催化劑活性更高，根據(jù)圖象可知，x相同時，微波水熱法初始速度大于常規(guī)水熱法，故微波水熱法制得催化劑的活性更高；
由圖可知，隨x值越大，過氧化氫的分解速率越大，而x增大，Co²⁺的比例增大，即鈷、鎳比越大，催化劑的催化活性越高，
故答案為：微波水熱；鈷、鎳比越大，催化劑的催化活性越高；
（2）CoCl₂溶液中滴加NaOH溶液Co（OH）₂沉淀和NaCl，Co（OH）₂與氧氣和水反應生成Co（OH）₃，Co（OH）₃與HCl反應生成氯氣、CoCl₂和水，發(fā)生的反應方程式為：CoCl₂+2NaOH=Co（OH）₂↓+2NaCl、4Co（OH）₂+O₂+2H₂O=4Co（OH）₃、2Co（OH）₃+6HCl=2CoCl₂+Cl₂↑+3H₂O；
故答案為：CoCl₂+2NaOH=Co（OH）₂↓+2NaCl；4Co（OH）₂+O₂+2H₂O=4Co（OH）₃；2Co（OH）₃+6HCl=2CoCl₂+Cl₂↑+3H₂O；
（3）①由圖可知，CoC₂O₄•2H₂O的質(zhì)量為18.3g，其物質(zhì)的量為0.1mol，已知CoC₂O₄的式量為147，則0.1molCoC₂O₄的質(zhì)量為14.7g，則B點為CoC₂O₄；
CoC₂O₄•2H₂O物質(zhì)的量為0.1mol，則其中Co元素質(zhì)量為5.9g，C點鈷氧化物質(zhì)量為8.03g，氧化物中氧元素質(zhì)量為8.03g-5.9g=2.13g，則氧化物中Co原子與O原子物質(zhì)的量之比為0.1mol：$\frac{2.13g}{16g/mol}$≈3：4，故C點Co的氧化物為Co₃O₄；
故答案為：CoC₂O₄、Co₃O₄；
②由電子守恒：n（Co³⁺）=2 n（Cl₂）=2×$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$=0.4 mol，
由電荷守恒：n（Co原子）_總=n（Co²⁺）_溶液=$\frac{1}{2}$n（Cl^-）=$\frac{1}{2}$×（ 0.48L×5mol/L-2×$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$）=1 mol，所以固體中的n（Co²⁺）=1mol-0.4mol=0.6 mol，
則鈷氧化物中n（Co²⁺）：n（Co³⁺）=0.64：0.4=3：2；
故答案為：3：2．

點評 本題考查元素化合價的判斷、物質(zhì)化學式的計算、得失電子守恒規(guī)律的應用、對圖象的分析處理等，注意利用電子守恒和原子守恒計算，難度中等．