题目内容
【题目】钴及其化合物广泛应用于磁性材料、电池材料及超硬材料等领域。
(1)CoxNi(1-x)Fe2O4(其中Co、Ni均为+2)可用作H2O2分解的催化剂,具有较高的活性。
①该催化剂中铁元素的化合价为______。
②图1表示两种不同方法制得的催化剂CoxNi(1-x)Fe2O4在10℃时催化分解6%的H2O2溶液的相对初始速率随x变化曲线。由图中信息可知:______________法制取得到的催化剂活性更高;Co2+、Ni2+两种离子中催化效果更好的是______。
(2)草酸钴是制备钴的氧化物的重要原料。下图2为二水合草酸钴(CoC2O4·2H2O)在空气中受热的质量变化曲线,曲线中300℃及以上所得固体均为钴氧化物。
①通过计算确定A点剩余固体的化学成分为________________(填化学式)。试写出B点对应的物质与O2在225℃~300℃发生反应的化学方程式:_________________________________________。
②取一定质量的二水合草酸钴分解后的钴氧化物(其中Co的化合价为+2、+3),用480 mL 5 mol/L盐酸恰好完全溶解固体,得到CoCl2溶液和4.48 L(标准状况)黄绿色气体。试确定该钴氧化物中Co、O的物质的量之比为___________。
【答案】+3 微波水热 Co2+ Co3O4(写成CoO·Co2O3亦给分) 3CoC2O4+ 2O2= Co3O4+6CO2 5:6
【解析】
(1)①根据化合价代数和为0计算Fe的化合价,CoxNi(1-x)Fe2O4中Co、Ni均为+2,O为-2价,则Fe的化合价为=+3;
②过氧化氢的分解速率越大,催化剂活性更高,根据图象可知,x相同时,微波水热法初始速度大于常规水热法,所以微波水热法制得催化剂的活性更高;由图可知,随x值越大,过氧化氢的分解速率越大,而x增大,Co2+的比例增大,所以Co2+的催化活性更高;
(2)①由图可知,CoC2O4·2H2O的质量为18.3g,物质的量为 =0.1mol,Co元素质量为5.9g,C点钴氧化物质量为8.03g,氧化物中氧元素质量为8.03g-5.9g=2.13g,则氧化物中Co原子与O原子物质的量之比为0.1mol:
mol≈3:4,所以C的Co氧化物为Co3O4;B点对应物质的质量为14.7g,与其起始物质的质量相比减少18.3g-14.7g=3.6g,为结晶水的质量,所以B点物质为CoC2O4,与氧气反应生成Co3O4与二氧化碳,反应方程式为3CoC2O4 + 2O2 = Co3O4 +6CO2;
②由电子守恒:n(Co3+) = 2 n(Cl2) = 0.4 mol,由电荷守恒:n(Co)总 =n(Co2+)溶液= 0.5 n(Cl-) = 0.5×( 2.4mol-0.2mol×2)= 1 mol,所以固体中的n(Co2+)= 1mol-0.4mol= 0.6 mol;n(O)==1.2mol,所以n(Co): n(O)=1mol: 1.2mol=5:6。
