题目内容

9.钴及其化合物在磁性材料、电池材料、超硬材料及催化剂等领域有广泛应用.
(1)CoxNi(1-x)Fe2O4可用作H2O2分解的催化剂
①已知CoxNi(1-x)Fe2O4中Co、Ni的化合价均为+2,则该化合物中铁元素的化合价为+3.
②如图1表示由两种不同方法制得的CoxNi(1-x)Fe2O4在室温时催化分解6%的H2O2溶液,相对初始速率随x变化曲线.则两种方法中,制取的催化剂活性更高的是微波热水法;催化剂催化活性与钴、镍比[n(Co2+):n(Ni2+)]的关系是钴、镍比越大,催化剂的催化活性越高.
(2)氯化钴(CoCl2)是一种常用的化学试剂,某同学向CoCl2溶液中滴加NaOH溶液.得到粉红色的Co(OH)2沉淀,在空气中粉红色沉淀慢慢转化为棕褐色的Co(OH)3,向Co(OH)3沉淀中加入盐酸,沉淀溶解,同时放出黄绿色气体,依次写出该同学实验过程中发生反应的化学方程式CoCl2+2NaOH=Co(OH)2↓+2NaCl、4Co(OH)2+O2+2H2O=4Co(OH)3、2Co(OH)3+6HCl=2CoCl2+Cl2↑+3H2O.
(3)草酸钴是制备钴的氧化物的重要原料.如图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℃及以上温度所得固体均为钴的氧化物.
①通过计算确定B、C处剩余固体对应的化学式分别是CoC2O4、Co3O4
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480mL5mol•L-1盐酸恰好使其完全溶解,得到CoCl2溶液和4.48L(标准状况)黄绿色气体.则该钴氧化物中n(Co2+):n(Co3+)=3:2.

分析 (1)①根据化合价代数和为0计算Fe的化合价;
②过氧化氢的分解速率越大,催化剂活性更高;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;
(2)CoCl2溶液中滴加NaOH溶液Co(OH)2沉淀和NaCl,Co(OH)2与氧气和水反应生成Co(OH)3,Co(OH)3与HCl反应生成氯气、CoCl2和水;
(3)①由图可知,CoC2O4•2H2O的质量为18.3g,其物质的量为0.1mol,根据B点固体的质量分析;
CoC2O4•2H2O的质量为18.3g,其中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,根据两种元素的物质的量之比计算;
②由电子守恒:n(Co3+)=2 n(Cl2),由电荷守恒:n(Co原子)=n(Co2+溶液=$\frac{1}{2}$n(Cl-),联立计算n氧化物(Co2+),然后计算钴氧化物中n(Co2+):n(Co3+).

解答 解:(1)①CoxNi(1-x)Fe2O4中Co、Ni均为+2,O为-2价,则Fe的化合价为$\frac{4×2-(2x+2-2x)}{2}$=+3,故答案为:+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,故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,即钴、镍比越大,催化剂的催化活性越高,
故答案为:微波水热;钴、镍比越大,催化剂的催化活性越高;
(2)CoCl2溶液中滴加NaOH溶液Co(OH)2沉淀和NaCl,Co(OH)2与氧气和水反应生成Co(OH)3,Co(OH)3与HCl反应生成氯气、CoCl2和水,发生的反应方程式为:CoCl2+2NaOH=Co(OH)2↓+2NaCl、4Co(OH)2+O2+2H2O=4Co(OH)3、2Co(OH)3+6HCl=2CoCl2+Cl2↑+3H2O;
故答案为:CoCl2+2NaOH=Co(OH)2↓+2NaCl;4Co(OH)2+O2+2H2O=4Co(OH)3;2Co(OH)3+6HCl=2CoCl2+Cl2↑+3H2O;
(3)①由图可知,CoC2O4•2H2O的质量为18.3g,其物质的量为0.1mol,已知CoC2O4的式量为147,则0.1molCoC2O4的质量为14.7g,则B点为CoC2O4
CoC2O4•2H2O物质的量为0.1mol,则其中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:$\frac{2.13g}{16g/mol}$≈3:4,故C点Co的氧化物为Co3O4
故答案为:CoC2O4、Co3O4
②由电子守恒:n(Co3+)=2 n(Cl2)=2×$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$=0.4 mol,
由电荷守恒:n(Co原子)=n(Co2+溶液=$\frac{1}{2}$n(Cl-)=$\frac{1}{2}$×( 0.48L×5mol/L-2×$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$)=1 mol,所以固体中的n(Co2+)=1mol-0.4mol=0.6 mol,
则钴氧化物中n(Co2+):n(Co3+)=0.64:0.4=3:2;
故答案为:3:2.

点评 本题考查元素化合价的判断、物质化学式的计算、得失电子守恒规律的应用、对图象的分析处理等,注意利用电子守恒和原子守恒计算,难度中等.

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