题目内容
【题目】三氯化六氨合钴(III)([Co(NH3)6]Cl3 是合成其他含钴配合物的重要原料。在活性炭的催化作用下,通过氧化二氯化六氨合钴(II)得到三氯化六氨合钴(III)制备流程如下:
资料:
①钴离子常见价态有+2(II)价,+3(III)价,Co(II)离子能在水溶液中稳定存在,但 Co(III)离子不能稳定存在,只能以固态或络合物形式(如[Co(NH3)6]3+)稳定存在溶液中。
② Co2+在 pH=9.4 时完全沉淀为 Co(OH)2
(1) 实验中需要将 CoCl2·6H2O 晶体研细,其目的是:__________________。
(2)在加入浓氨水前先加入大量 NH4Cl溶液,请结合平衡原理解释原因______________________。
(3)在“氧化”过程中需水浴控温在 50~60℃,温度不能过高,原因是______________________。
(4)写出“氧化”过程中反应的离子方程式_______________。
(5)为测定产品中钴的含量,进行下列实验:
①称取样品 4.000 g 于烧瓶中,加水溶解,加入足量的 NaOH 溶液,加热至沸 15~20 min,将 [Co(NH3)6]Cl3 完全转化为 Co(OH)3,冷却后加入足量 KI 固体和 HCl 溶液,充分反应一段时间后,将烧瓶中的溶液全部转移至 250.00 mL 容量瓶中,加水定容,取其中 25.00 mL 试样加入到锥形瓶中;
②用 0.100 0 mol·L -1 Na2S2O3 标准溶液滴定,溶液变为浅黄色后,加入淀粉溶液作指示剂继续滴定至终点,重复 2 次实验,测得消耗 Na2S2O3 溶液的平均体积为 15.00 mL。(已知:2Co3++2I-=2Co2++I2 ,I2 +2S2O32-=2I-+S4O62-).通过计算确定该产品中钴的含量___________________。
【答案】增大晶体的表面积,加快反应的速度 NH4Cl溶于水电离出的NH4+,增大溶液中c(NH4+),使NH3·H2ONH4++OH-电离平衡逆移降低c(OH-),防止加氨水时溶液中c(OH-)过大使钴(II)离子沉淀 温度过高会导致 H2O2 大量分解,降低产率 2Co(NH3)62+ + H2O2= 2Co(NH3)63+ + 2OH- 22.125%
【解析】
由于Co2+在 pH=9.4 时完全沉淀为 Co(OH)2,将CoCl2·6H2O晶体研细先加入氯化铵溶液,再加入浓氨水反应生成[Co(NH3)6]Cl2,[Co(NH3)6]Cl2和H2O2发生氧化反应生成[Co(NH3)6]Cl3。
(1)实验中需要将CoCl2·6H2O晶体研细,其目的是增大晶体的表面积,加快反应的速度;故答案为:增大晶体的表面积,加快反应的速度。
(2)根据题中信息Co2+在pH=9.4时完全沉淀为Co(OH)2,因此在加入浓氨水前先加入大量NH4Cl溶液,主要是NH3·H2O NH4++OH-,能电离出OH-,易和Co2+反应生成Co(OH)2,NH4Cl溶于水电离出的NH4+,增大溶液中c(NH4+),使电离平衡逆向移动,降低c(OH-)浓度,防止加氨水时溶液中c(OH-)过大使钴(II)离子沉淀;故答案为:NH4Cl溶于水电离出的NH4+,增大溶液中c(NH4+),使NH3·H2ONH4++OH-电离平衡逆移降低c(OH-),防止加氨水时溶液中c(OH-)过大使钴(II)离子沉淀。
(3)H2O2 在较高温度下会导致大量分解,氧化效果降低,从而降低产率,因此在“氧化”过程中需水浴控温在50~60℃,温度不能过高;故答案为:温度过高会导致 H2O2 大量分解,降低产率。
(4)“氧化”过程中Co(NH3)62+ 与H2O2反应生成Co(NH3)63+ 和OH-,其离子方程式2Co(NH3)62+ + H2O2= 2Co(NH3)63+ + 2OH-;故答案为:2Co(NH3)62+ + H2O2= 2Co(NH3)63+ + 2OH-。
(5)根据方程式可得关系式Co3+ ~ S2O32,n(Co3+)= n(S2O32)= 0.100 0 molL1×0.015 mL×10 =0.015mol,;故答案为:22.125%。
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【题目】研究不同 pH 时 CuSO4 溶液对 H2O2 分解的催化作用。资料:a.Cu2O 为红色固体,难溶于水,能溶于硫酸,生成 Cu 和Cu2+。b.CuO2 为棕褐色固体,难溶于水,能溶于硫酸,生成 Cu2+和 H2O2。c.H2O2 有弱酸性:H2O2 H+ +HO2-,HO2-
H+ +O22-。
编号 | 实验 | 现象 |
Ⅰ | 向 1 mL pH=2 的 1 mol·L 1 CuSO4溶液中加入 0.5 mL 30% H2O2 溶液 | 出现少量气泡 |
Ⅱ | 向 1 mL pH=3 的 1 mol·L 1 CuSO4溶液中加入 0.5 mL 30% H2O2 溶液 | 立即产生少量棕黄色沉淀,出现较明显气泡 |
Ⅲ | 向 1 mL pH=5 的 1 mol·L 1CuSO4溶液中加入 0.5 mL 30% H2O2 溶液 | 立即产生大量棕褐色沉淀,产生大量气泡 |
(1) 经检验生成的气体均为 O2,Ⅰ中 CuSO4 催化分解 H2O2 的化学方程式是__。
(2)对Ⅲ中棕褐色沉淀的成分提出 2 种假设:ⅰ.CuO2,ⅱ.Cu2O 和CuO2 的混合物。为检验上述假设,进行实验Ⅳ:过滤Ⅲ中的沉淀,洗涤,加入过量硫酸,沉淀完全溶解,溶液呈蓝色,并产生少量气泡。
①若Ⅲ中生成的沉淀为 CuO2,其反应的离子方程式是__。
②依据Ⅳ中沉淀完全溶解,甲同学认为假设ⅱ不成立,乙同学不同意甲同学的观点,理由是__。
③为探究沉淀中是否存在 Cu2O,设计如下实验:
将Ⅲ中沉淀洗涤、干燥后,取 a g 固体溶于过量稀硫酸,充分加热。冷却后调节溶液 pH,以 PAN 为指示剂,向溶液中滴加 c mol·L 1EDTA 溶液至滴定终点,消耗 EDTA 溶液 V mL。V=__,可知沉淀中不含 Cu2O,假设ⅰ成立。(已知:Cu2++EDTA= EDTA-Cu2+,M(CuO2)=96 g·mol 1,M(Cu2O)=144 g·mol1)
(3)结合方程式,运用化学反应原理解释Ⅲ中生成的沉淀多于Ⅱ中的原因__ 。
(4)研究Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中不同 pH 时 H2O2 分解速率不同的原因。
实验Ⅴ:在试管中分别取 1 mL pH=2、3、5 的 1 mol·L1 Na2SO4 溶液,向其中各加入 0.5 mL 30% H2O2 溶液,三支试管中均无明显现象。
实验Ⅵ:__(填实验操作和现象),说明 CuO2 能够催化 H2O2 分解。
(5)综合上述实验,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中不同 pH 时 H2O2 的分解速率不同的原因是__。