Question

12．碱式碳酸钴[Co_x（OH）_y（CO₃）_z常用作电子材料、磁性材料的添加剂，受热时可分解生成三种氧化物．为了确定其组成，某化学兴趣小组同学设计了如图1所示的装置进行实验．

（1）请完成下列实验步骤：
①称取3.65g样品置于硬质玻璃管内，称量乙、丙装置的质量；
②按如图所示装置组装好仪器，并检验装置气密性；
③加热甲中玻璃管，当乙装置中不再有气泡产生（填实验现象），停止加热；
④打开活塞a，缓缓通入空气数分钟后，称量乙、丙装置的质量；
⑤计算．
（2）步骤④中缓缓通人空气数分钟的目的是将装置中生成的CO₂和H₂O全部排入乙、丙装置中．
（3）某同学认为上述实验装置中存在一个明显缺陷，为解决这一问题，可选用图2装置中的D（填字母）连接在活塞a前（填装置连接位置）．
（4）若按正确装置进行实验，测得如表数据．

	乙装置的质量/g	丙装置的质量/g
加热前	80.00	62.00
加热后	80.36	62.88

则该碱式碳酸钴的化学式为Co₃（OH）₄（CO₃）₂．
（5）含有Co（AlO₂）₂ 的玻璃常用作实验室观察钾元素的焰色反应，该玻璃的颜色为蓝色．
（6）CoCl₂•6H₂O常用作多彩水泥的添加剂．以含钴废料（含少量Fe、Al等杂质）制取 CoCl₂•6H₂O的一种工艺如图3：

已知：

沉淀物	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Co（OH）2	Al（OH）3
开始沉淀（pH）	2.3	7.5	7.6	3.4
完全沉淀（pH）	4.1	9.7	9.2	5.2

①净化除杂时，加入 H₂O₂发生反应的离子方程式为2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
②加入CoCO₃ 调pH为5.2～7.6，则操作1获得的滤渣成分为Fe（OH）₃、Al（OH）₃．
③加盐酸调整pH为2～3的目的为抑制CoCl₂水解．
④操作Ⅱ过程为蒸发浓缩、冷却结晶（填操作名称）、过滤．

Answer 1

分析 （1）加热甲中玻璃管，当乙装置中不再有气泡产生，即碱式碳酸钴分解完毕；
（2）步骤④中缓缓通入空气数分钟，将装置中生成的CO₂和H₂O全部排入乙、丙装置中，以免影响测量结果；
（3）在活塞a前，加装装置D，装置中盛放的碱石灰容易吸收空气中的水蒸气和二氧化碳．
（4）碱式碳酸钴样品3.65g，反应前乙装置的质量为80.00g，反应后质量为80.36g，据此可以计算生成水的量；反应前丙装置的质量为62.00g，反应后质量为62.00g，据此计算产生二氧化碳的量，得到Co的质量和Co原子物质的量，根据Co、H、C元素守恒可知，来推导碱式碳酸钴的化学式；
（5）含有Co（A10₂）₂的玻璃常用作实验室观察钾元素的焰色反应，该玻璃为蓝色，可以滤去黄光的干扰；
（6）向含钴废料中加入过量稀盐酸，Fe、Al和稀盐酸反应生成FeCl₂、AlCl₃、CoCl₂，向溶液中加入双氧水和CoCO₃，双氧水具有强氧化性，能将亚铁离子氧化为铁离子，离子反应方程式为2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，加入CoCO₃，调节溶液的pH至7.6，使Fe（OH）₃、Al（OH）₃生成沉淀，然后过滤，滤渣为Fe（OH）₃、Al（OH）₃，滤液中含有CoCl₂，然后向滤液中加入稀盐酸，抑制CoCl₂水解，然后采用蒸发浓缩、冷却结晶和过滤方法得到CoCl₂•6H₂O；
①双氧水具有氧化性，能氧化还原性离子；
②加入CoCO₃调pH为5.2～7.6，则操作I获得的滤渣成分为Fe（OH）₃、Al（OH）₃；
③CoCl₂为强酸弱碱盐，阳离子水解导致溶液呈酸性，加入稀盐酸能抑制水解；
④操作Ⅱ过程为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤．

解答 解：（1）加热甲中玻璃管，当乙装置中不再有气泡产生，即碱式碳酸钴分解完毕，故答案为：不再有气泡产生；
（2）步骤④中缓缓通入空气数分钟，将装置中生成的CO₂和H₂O全部排入乙、丙装置中，以免影响测量结果．
故答案为：将装置中生成的CO₂和H₂O全部排入乙、丙装置中；
（3）在活塞a前，加装装置D，装置中盛放的碱石灰容易吸收空气中的水蒸气和二氧化碳．
故答案为：D、活塞a前；
（4）碱式碳酸钴样品3.65g，反应前乙装置的质量为80.00g，反应后质量为80.36g，故生成水的质量为80.36g-80.00g=0.36g，物质的量为$\frac{0.36g}{18g/mol}$=0.02mol；反应前丙装置的质量为62.00g，反应后质量为62.00g，生成二氧化碳的质量为62.88g-62.00g=0.88g，物质的量为$\frac{0.88g}{44g/mol}$=0.02mol，故Co的质量为3.65g-0.02mol×2×17g/mol-0.02mol×60g/mol=1.77g，故Co原子物质的量为：$\frac{1.77g}{59g/mol}$=0.03mol，根据Co、H、C元素守恒可知，x：y：z=0.03mol：0.02mol×2：0.02mol=3：4：2，故碱式碳酸钴的化学式为Co₃（OH）₄（CO₃）₂．故答案为：Co₃（OH）₄（CO₃）₂．
（5）含有Co（A10₂）₂的玻璃常用作实验室观察钾元素的焰色反应，该玻璃为蓝色，可以滤去黄光的干扰．
故答案为：蓝色；
（6）向含钴废料中加入过量稀盐酸，Fe、Al和稀盐酸反应生成FeCl₂、AlCl₃、CoCl₂，向溶液中加入双氧水和CoCO₃，双氧水具有强氧化性，能将亚铁离子氧化为铁离子，离子反应方程式为2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，加入CoCO₃，调节溶液的pH至7.6，使Fe（OH）₃、Al（OH）₃生成沉淀，然后过滤，滤渣为Fe（OH）₃、Al（OH）₃，滤液中含有CoCl₂，然后向滤液中加入稀盐酸，抑制CoCl₂水解，然后采用蒸发浓缩、冷却结晶和过滤方法得到CoCl₂•6H₂O；
①双氧水具有强氧化性，能将亚铁离子氧化为铁离子，离子反应方程式为2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，故答案为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
②加入CoCO₃调pH为5.2～7.6，则操作I获得的滤渣成分为Fe（OH）₃、Al（OH）₃，
故答案为：Fe（OH）₃、Al（OH）₃；
③CoCl₂为强酸弱碱盐，阳离子水解导致溶液呈酸性，加入稀盐酸能抑制水解，所以加入稀盐酸的目的是抑制CoCl₂水解，故答案为：抑制CoCl₂水解；
④操作Ⅱ过程为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤，故答案为：冷却结晶．

点评 本题考查学生对实验原理理解、方案设计的评价、实验装置的理解、物质组成的测定等，难度中等，理解实验原理是解题的关键，是对知识的综合运用，需要学生具有扎实的基础与综合运用分析解决问题的能力．