题目内容
【题目】碱式碳酸钴[Cox(OH)y(CO3)z]常用作电子材料,磁性材料的添加剂,受热时可分解生成三种氧化物。为了确定其组成,某化学兴趣小组同学设计了如图所示装置进行实验。
(1)请完成下列实验步骤:
①称取3.65g样品置于硬质玻璃管内,称量乙、丙装置的质量;
②按如图所示装置组装好仪器,并检验装置气密性;
③加热甲中玻璃管,当乙装置中________________________(填实验现象),停止加热;
④打开活塞a,缓缓通入空气数分钟后,称量乙、丙装置的质量;⑤计算。
(2)步骤④中缓缓通入空气数分钟的目的是_________________________________________。
(3)某同学认为上述实验装置中存在一个明显缺陷,为解决这一问题,可选用下列装置中的____(填字母)连接在装置______之前(填“甲”或“乙”或“丙”或“丁”)。
(4)若按正确装置进行实验,测得如下数据:则该碱式碳酸钴的化学式为______________。
乙装置的质量/g | 丙装置的质量/g | |
加热前 | 80.00 | 62.00 |
加热后 | 80.36 | 62.88 |
(5)CoCl2·6H2O常用作多彩水泥的添加剂,以含钴废料(含少量Fe、Al等杂质)制取CoCl2·6H2O的一种工艺如下:
已知:
沉淀物 | Fe(OH)3 | Fe(OH)2 | Co(OH)2 | Al(OH)3 |
开始沉淀(pH) | 2.3 | 7.5 | 7.6 | 3.4 |
完全沉淀(pH) | 4.1 | 9.7 | 9.2 | 5.2 |
①净化除杂质时,加入H2O2发生反应的离子方程式为__________________________________。
②加入CoCO3调pH除杂得到滤渣Al(OH)3、Fe(OH)3,则pH应调节至_____。(填pH值的范围)
③加盐酸调整pH为2~3的目的为_____________________________________。
④操作Ⅱ过程为_________________________________(填操作名称)、过滤。
【答案】不再有气泡产生时 将装置中产生的CO2和H2O(g)全部排入乙、丙装置中 D 甲 Co3(OH)4(CO3)2 2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O 5.2~7.6 抑制CoCl2的水解 蒸发浓缩、冷却结晶
【解析】
(1)加热甲中玻璃管,当乙装置中不再有气泡产生,即碱式碳酸钴分解完毕;
(2)步骤④中缓缓通入空气数分钟,将装置中生成的CO2和H2O全部排入乙、丙装置中,以免影响测量结果;
(3)在活塞a前,加装装置D,装置中盛放的碱石灰容易吸收空气中的水蒸气和二氧化碳;
(4)向含钴废料中加入过量稀盐酸,Fe、Al和稀盐酸反应生成FeCl2、AlCl3、CoCl2,向溶液中加入双氧水和CoCO3,双氧水具有强氧化性,能将亚铁离子氧化为铁离子,离子反应方程式为2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O,加入CoCO3,调节溶液的pH至7.6,使Fe(OH)3、Al(OH)3生成沉淀,然后过滤,滤渣为Fe(OH)3、Al(OH)3,滤液中含有CoCl2,然后向滤液中加入稀盐酸,抑制CoCl2水解,然后采用蒸发浓缩、冷却结晶和过滤方法得到CoCl26H2O;
①双氧水具有氧化性,能氧化还原性离子;
②加入CoCO3调pH为5.27.6,则操作I获得的滤渣成分为Fe(OH)3、Al(OH)3;
③CoCl2为强酸弱碱盐,阳离子水解导致溶液呈酸性,加入稀盐酸能抑制水解;
④操作Ⅱ过程为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤。
(1)③加热甲中玻璃管,当乙装置中不再有气泡产生,即碱式碳酸钴分解完毕;
故答案为:不再有气泡产生时;
(2)步骤④中缓缓通入空气数分钟,将装置中生成的和全部排入乙、丙装置中,以免影响测量结果;
故答案为:将装置中产生的和(g)全部排入乙、丙装置中;
(3)在活塞a前,加装装置D,装置中盛放的碱石灰吸收空气中的水蒸气和二氧化碳,以免影响实验结果;
故答案为:D;甲;
(4)碱式碳酸钴样品3.65g,反应前乙装置的质量为80.00g,反应后质量为80.36g,故生成水的质量为0.36g,物质的量为0.02mol;反应前丙装置的质量为62.00g,反应后质量为62.88g,生成二氧化碳的质量为0.88g,物质的量为0.02mol;故Co的质量为 ,故Co原子物质的量为:
,根据Co、H、C元素守恒可知, ,故化学式为 ;
故答案为:;
(5) ①三价铁离子易转化为沉淀,所以要加入氧化剂过氧化氢把二价铁离子氧化为三价铁离子,而不会引入新的杂质,反应的离子方程式为:,
故答案为:;
②根据沉淀的pH值表格知,当溶液的pH值为5.2时,铁离子和铝离子被完全沉淀,当溶液的pH值为7.6时,钴离子才开始产生沉淀,所以要想将铁离子、铝离子和钴离子分离,溶液的pH值应该不小于5.2不大于7.6;
故答案为:5.2~7.6;
③加盐酸调整pH为23的目的为抑制的水解;
故答案为:抑制的水解;
④操作Ⅱ过程为的溶质结晶的过程,利用蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到,
故答案为:蒸发浓缩、冷却结晶。