题目内容

【题目】钴（Co）及其化合物在工业上有广泛应用。为从某工业废料中回收钴，某学生设计流程如下（废料中含有Al、Li、Co2O3和Fe2O3等物质）。

已知：①物质溶解性：LiF难溶于水，Li2CO3微溶于水；

②部分金属离子形成氢氧化物沉淀的pH见下表：

　

Fe3+

Co2+

Co3+

Al3+

pH（开始沉淀）

1.9

7.15

-0.23

3.4

pH（完全沉淀）

3.2

9.15

1.09

4.7

请回答：

（1）步骤Ⅰ中得到含铝溶液的反应的离子方程式 。

（2）步骤Ⅱ中Co2O3与盐酸反应的离子方程式 。

（3）步骤Ⅲ中Na2CO3溶液的作用是调节溶液的pH，应调节溶液的pH范围是 ；废渣中的主要成分为 。

（4）步骤Ⅲ中NaF参与的反应对步骤Ⅳ所起的作用是

（5）在空气中加热5.49 g草酸钴晶体（CoC2O4·2H2O）样品，[M(CoC2O4·2H2O) = 183 g/mol ] 受热过程中不同温度范围内分别得到一种固体物质，其质量如下表。

温度范围/℃

固体质量/ g

150~210

4.41

290~320

2.41

890~920

2.25

经测定，210~290℃过程中产生的气体只有CO2，此过程发生反应的化学方程式是

【答案】（1）2Al + 2OH-+ 2H2O = 2AlO2－+ 3H2↑

（2）Co2O3 + 6H+ + 2Cl- = 2Co2++ Cl2↑+ 3H2O

（3）3.2-7.15；Fe(OH)3、LiF

（4）降低溶液中Li+浓度，避免步骤Ⅳ中产生Li2CO3沉淀。

（5）3CoC2O4+ 2O2　Co3O4+ 6CO2

【解析】

试题分析：（1）步骤Ⅰ中得到含铝溶液是铝和氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和氢气，反应的化学方程式为2Al + 2OH-+ 2H2O = 2AlO2－+ 3H2↑；

（2）氧化钴氧化盐酸溶液中氯化氢为氯气，结合原子守恒和电子守恒分析配平书写离子方程式，钴元素化合价降低为+2价．氯元素化合价-1价变化为0价，反应的离子方程式Co2O3 + 6H+ + 2Cl- = 2Co2++ Cl2↑+ 3H2O；

（3）根据流程图可知，步骤Ⅲ中加Na2CO3溶液的作用是调节溶液的pH，沉淀铁离子，但不能沉淀钴离子，依据表中数据分析判断调节溶液的pH范围是3.2—7.15；加入碳酸钠溶液调节pH值，使Fe3＋转化为Fe(OH)3，加入NaF，使Li＋转化为LiF沉淀，所以废渣中的主要成分是Fe(OH)3、LiF。

（4）NaF与溶液中的Li+形成LiF沉淀，此反应对步骤Ⅳ所起的作用是降低溶液中Li+浓度，避免步骤Ⅳ中产生Li2CO3沉淀；

（5）计算晶体物质的量n=5.49g÷183g/mol=0.03mol，失去结晶水应为0.06mol，固体质量变化=0.06mol×18g/mol=1.08g，图表数据可知，150～210固体质量变化=5.49g=4.41g=1.08g，说明210°C失去结晶水得到CoC2O4，210～290℃过程中是CoC2O4发生的反应，产生的气体只有CO2，依据元素守恒得到生成CO2物质的量为0.06mol，质量=0.06mol×44g/mol=2.64g，气体质量共计减小=4.41g-2.41g =2g，说明说明有气体参加反应，该气体应为氧气，则反应的氧气的质量=2.64g-2g=0.64g，O2物质的量=0.64g÷32g/mol=0.02mol；n（CoC2O4）：n（O2）：n（CO2）=0.03：0.02：0.06=3：2：6，依据原子守恒配平书写反应的化学方程式为3CoC2O4+ 2O2　Co3O4+ 6CO2。

练习册系列答案
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①A分子中的官能团名称是____________；

②A只有一种一氯取代物B，写出A的结构简式：____________；

③A的同分异构体F也可以有框图内A的各种变化，且F的一氯取代物有三种，F的结构简式是

______________________________________。

（2）化合物“HQ”(C6H6O2)可用作显影剂，“HQ”可以与三氯化铁溶液发生显色反应。“HQ”还能发生的反应是(选填序号)____________________。

①加成反应　②氧化反应　③加聚反应　④水解反应[

“HQ”的一硝基取代物只有一种。“HQ”的结构简式是______________________。

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CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H1=-53.7kJmol-1

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则2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)△H3= ____________ kJmol-1

（3）①一定条件下，上述合成二甲醚的反应达到平衡状态后，若改变反应的某一个条件，下列变化能说明平衡一定向正反应方向移动的是____________(填代号)。

a．逆反应速率先增大后减小 b．H2的转化率增大

c．反应物的体积百分含量减小 d．容器中的值变小

②在某压强下，合成二甲醚的反应在不同温度、不同投料比时，CO2的转化率如图2所示．

T1温度下，将6molCO2和12molH2充入2L的密闭容器中，5min后反应达到平衡状态，则0～5min内的平均反应速率v(CH3OCH3)= ____________ 。

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（4）上述晶体具有储氢功能，氢原子可进入到由Cu原子与Au原子构成的四面体空隙中．若将Cu原子与Au原子等同看待，该晶体储氢后的晶胞结构与CaF2的晶胞结构结构相似，该晶体储氢后的化学式应为_________，若Cu原子与Au原子的距离为acm，则该晶体储氢后的密度为_________。(含a的表达式)

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（2）请根据如表提供的第一电离能数据判断：最有可能生成较稳定的单核阳离子的卤素原子是_________。

氟

氯

溴

碘

铍

第一电离能(kJ/mol)

1681

1251

1140

1008

900

（3）已知高碘酸有两种形式，化学式分别为H5IO6()和HIO4，前者为五元酸，后者为一元酸．请比较二者酸性强弱：H5IO6______HIO4(填“＞”、“＜”或“=”)。

（4）碘在水中的溶解度虽然小，但在碘化钾溶液中溶解度却明显增大这是由于溶液中发生下列反应：I-+I2═I3-．I3-的中心原子周围的σ键电子对对数为______ 。与KI3类似的，还有CsICl2等。已知CsICl2不稳定，受热易分解，倾向于生成晶格能更大的物质，则它按下列________式发生。

A．CsICl2=CsCl+ICl B．CsICl2=CsI+Cl2

（5）已知CaF2晶体的密度为ρg·cm3，NA为阿伏加德罗常数，CaF2晶胞的边长为apm，则CaF2的相对分子质量可以表示为________________(用含a的式子表示)。

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（1）写出A中反应的化学方程式______________________________；

（2）观察到D中的现象是______________________________；

（3）实验结束时，打开A下端的活塞，让反应液流入B中，充分振荡，目的是_______________；

（4）C中盛放CCl4的作用是______________________________。

（5）能证明苯和液溴发生的是取代反应，而不是加成反应，可向试管D中先加入_________，再加入AgNO3溶液，若产生淡黄色沉淀，则能证明。另一种验证的方法是向试管D中加入__________，现象是_____________________________。

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（2）B元素的负一价离子和C元素的正一价离子的电子层结构都与氩相同，B的元素原子的名称为________，C离子的结构示意图为____________________________。

（3）D元素的正三价离子的3d能级为半充满，D的元素符号为________，其基态原子的电子排布式为____________________，其原子的结构示意图为______________。

（4）E元素基态原子的M层全充满，N层没有成对电子，只有一个未成对电子，E的元素符号为________，其基态原子价层电子排布式为________。

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