Question

16．為測(cè)定堿式碳酸鈷[Co_x（OH）_y（CO₃）_z]的化學(xué)組成，研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究．已知：堿式碳酸鈷受熱時(shí)可分解生成三種氧化物．

（1）按如圖所示裝置組裝好儀器，并檢查裝置氣密性；稱取3.65g樣品置于硬質(zhì)玻璃管內(nèi)，加熱，當(dāng)乙裝置中不再有氣泡產(chǎn)生時(shí)將裝置中（填實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象），停止加熱；打開活塞a，緩緩?fù)ㄈ肟諝鈹?shù)分鐘，通入空氣的目的是生成的CO₂和H₂O（g）全部排入乙、丙裝置．
（2）某同學(xué)認(rèn)為上述實(shí)驗(yàn)中存在一個(gè)缺陷，該缺陷是未考慮空氣中的水蒸氣和二氧化碳對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響．
（3）通過(guò)正確實(shí)驗(yàn)測(cè)得乙、丙裝置增重分別為0.36g、0.88g，則該堿式碳酸鈷的化學(xué)式為Co₃（OH）₄（CO₃）₂．
（4）CoCl₂•6H₂O常用作多彩水泥的添加劑．以含鈷廢料（含少量Fe、Al等雜質(zhì)）制取CoCl₂•6H₂O的一種工藝如下：

已知：25℃時(shí)

沉淀物	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Co（OH）2	Al（OH）3
開始沉淀的pH	2.3	7.5	7.6	3.4
完全沉淀的pH	4.1	9.7	9.2	5.2

①凈化除雜時(shí)，加入H₂O₂發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
②加入CoCO₃調(diào)pH為5.2～7.6，則操作I獲得的濾渣成分為Fe（OH）₃和Al（OH）₃；
③加鹽酸調(diào)整pH為2～3的目的為抑制CoCl₂的水解．

Answer 1

分析 （1）按如圖所示裝置組裝好儀器，應(yīng)首先檢驗(yàn)裝置的氣密性，加熱甲中玻璃管，當(dāng)乙裝置中不再有氣泡產(chǎn)生，即堿式碳酸鈷分解完畢，步驟中緩緩?fù)ㄈ肟諝鈹?shù)分鐘，將裝置中生成的CO₂和H₂O全部排入乙、丙裝置中，以免影響測(cè)量結(jié)果；
（2）空氣中的水蒸氣和二氧化碳被乙丙裝置吸收產(chǎn)生誤差，在活塞a前，加裝裝置干燥管，裝置中盛放的堿石灰用來(lái)吸收空氣中的水蒸氣和二氧化碳；
（3）堿式碳酸鈷樣品3.65g，故生成水的質(zhì)量為0.36g，物質(zhì)的量為 $\frac{0.36g}{18g/mol}$=0.02mol，生成二氧化碳的質(zhì)量為0.88g，物質(zhì)的量為 $\frac{0.88g}{44g/mol}$=0.02mol，故氧化鈷的質(zhì)量為3.65g-0.36g-0.88g=2.41g，物質(zhì)的量為 $\frac{2.41g}{75g/mol}$=0.03mol，根據(jù)Co、H、C元素守恒計(jì)算xyz的比值得到化學(xué)式；
（4）含鈷廢料（含少量Fe、Al等雜質(zhì)）制取C_oCl₂•6H₂O，加入過(guò)量鹽酸酸浸加熱，加入過(guò)氧化氫氧化亞鐵離子為鐵離子，加入碳酸鈣調(diào)節(jié)溶液PH使鐵離子、鋁離子全部沉淀，過(guò)濾得到濾液中加入鹽酸防止氯化鈷水解，通過(guò)蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶過(guò)濾洗滌干燥等操作得到C_oCl₂•6H₂O；
①三價(jià)鐵離子易轉(zhuǎn)化為沉淀，所以要把二價(jià)鐵離子氧化為三價(jià)鐵離子；
②調(diào)節(jié)溶液的pH值，使溶液中鐵離子和鋁離子生成沉淀，而鈷離子存在溶液中，從而將鐵離子、鋁離子和鈷離子分開；
③加鹽酸調(diào)整pH為2～3的目的是抑制氯化鈷的水解．

解答 解：（1）按如圖所示裝置組裝好儀器，應(yīng)首先檢驗(yàn)裝置的氣密性，加熱甲中玻璃管，當(dāng)乙裝置中不再有氣泡產(chǎn)生，即堿式碳酸鈷分解完畢，步驟中緩緩?fù)ㄈ肟諝鈹?shù)分鐘，將裝置中生成的CO₂和H₂O全部排入乙、丙裝置中，以免影響測(cè)量結(jié)果，
故答案為：檢查裝置氣密性；不再有氣泡產(chǎn)生時(shí)將裝置中；生成的CO₂和H₂O（g）全部排入乙、丙裝置；
（2）空氣中的水蒸氣和二氧化碳被乙丙裝置吸收產(chǎn)生誤差，在活塞a前，加裝裝置干燥管，裝置中盛放的堿石灰用來(lái)吸收空氣中的水蒸氣和二氧化碳；
故答案為：未考慮空氣中的水蒸氣和二氧化碳對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響；
（3）堿式碳酸鈷樣品3.65g，故生成水的質(zhì)量為0.36g，物質(zhì)的量為 $\frac{0.36g}{18g/mol}$=0.02mol，生成二氧化碳的質(zhì)量為0.88g，物質(zhì)的量為 $\frac{0.88g}{44g/mol}$=0.02mol，故氧化鈷的質(zhì)量為3.65g-0.36g-0.88g=2.41g，物質(zhì)的量為 $\frac{2.41g}{75g/mol}$=0.03mol，根據(jù)Co、H、C元素守恒可知，x：y：z=0.03mol：0.02mol×2：0.02mol=3：4：2，故堿式碳酸鈷的化學(xué)式為Co₃（OH）₄（CO₃）₂，
故答案為：Co₃（OH）₄（CO₃）₂；
（4）①三價(jià)鐵離子易轉(zhuǎn)化為沉淀，所以要加入氧化劑過(guò)氧化氫把二價(jià)鐵離子氧化為三價(jià)鐵離子，而不會(huì)引入新的雜質(zhì)，反應(yīng)的離子方程式為；2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
②廢料加入鹽酸后生成氯化物，然后加入雙氧水，二價(jià)鐵離子被雙氧水氧化生成三價(jià)鐵離子，根據(jù)沉淀的pH值表格知，當(dāng)溶液的pH值為5.2時(shí)，鐵離子和鋁離子被完全沉淀，當(dāng)溶液的pH值為7.6時(shí)，鈷離子才開始產(chǎn)生沉淀，所以要想將鐵離子、鋁離子和鈷離子分離，溶液的pH值應(yīng)該不小于5.2不大于7.6，則操作I獲得的濾渣成分為Fe（OH）₃和Al（OH）₃；
故答案為：Fe（OH）₃和Al（OH）₃；
③加鹽酸調(diào)整pH為2～3的目的為抑制CoCl₂的水解，
故答案為：抑制CoCl₂的水解．

點(diǎn)評(píng) 本題考查學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理理解、方案設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)、實(shí)驗(yàn)裝置的理解、物質(zhì)組成的測(cè)定等，難度中等，理解實(shí)驗(yàn)原理是解題的關(guān)鍵，是對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用，需要學(xué)生具有扎實(shí)的基礎(chǔ)與綜合運(yùn)用分析解決問(wèn)題的能力．