Question

10．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）Co_xNi_（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+3．
②图1表示两种不同方法制得的催化剂Co_xNi_（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：微波水热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Co²⁺．
（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C点剩余固体的化学成分为Co₃O₄（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：3CoC₂O₄+2O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Co₃O₄+6CO₂．

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480mL 5mol/L盐酸恰好完全溶解固体，得到CoCl₂溶液和4.48L（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．

Answer 1

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）①由图可知，CoC₂O₄•2H₂O的质量为18.3g，其我知道可为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：$\frac{2.13g}{16g/mol}$≈3：4，故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，故B点物质为CoC₂O₄，与氧气反应生成Co₃O₄与二氧化碳；
②由电子守恒：n（Co³⁺）=2 n（Cl₂），由电荷守恒：n（Co原子）_总=n（Co²⁺）_溶液=$\frac{1}{2}$n（Cl^-），联立计算n_氧化物（Co²⁺），根据化合价电荷守恒为0计算氧化物中n（O），进而计算氧化物中n（Co）：n（O）．

解答 解：（1）①Co_xNi_（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，故Co²⁺的催化活性更高，
故答案为：微波水热；Co²⁺；
（2）①由图可知，CoC₂O₄•2H₂O的质量为18.3g，其我知道可为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：$\frac{2.13g}{16g/mol}$≈3：4，故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，故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$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Co₃O₄+6CO₂，
故答案为：Co₃O₄；3CoC₂O₄+2O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Co₃O₄+6CO₂；
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）_总=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，
根据化合价电荷守恒为0，氧化物中n（O）=（0.6mol×2+0.4mol×3）÷2=1.2mol，
故该钴氧化物中n（Co）：n（O）=1mol：1.2mol=5：6，
答：该钴氧化物中Co、O的物质的量之比为5：6．

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，需要学生具备知识的基础，难度中等．