Question

14．氯化钴（CoCl₂）可溶于水，常用作湿度和水分的指示剂，工业上也可用于制取钴．
（1）钴元素的常见化合价与铁元素相同．往CoCl₂溶液中加入NaOH溶液产生粉红色沉淀，露置于空气中一段时间后，沉淀变为棕褐色．
①化合态钴的常见化合价有+2、+3．
②沉淀由粉红色变为棕褐色反应的化学方程式为4Co（OH）₂+2H₂O+O₂=4Co（OH）₃．
（2）将CoCl₂溶于浓盐酸中能形成[CoCl₄]^2-，溶液中存在平衡：[Co（H₂O）₆]²⁺+4Cl^-?[CoCl₄]^2-+6H₂O
T₁℃时，将0.025mol CoCl₂•6H₂O溶于50mL 12mol/L浓盐酸中，再加水稀释至100mL．溶液中c（Cl^-）与温度（T）的关系如图1所示．

①T₁℃时，取10mL上述溶液稀释至l00mL，稀释后的溶液中c（Cl^-）＞0.6mol•L^-1（填“＞”“=”或“＜”）．
②由图可知，上述反应的△H＞0（填“＞”“=”或“＜”）．
③根据A点数据，计算出T1℃时上述反应的平衡常数为7.72×10^-4L⁴/mol⁴．
（3）采用图2所示装置（Ti-Ru电极为惰性电极）电解CoCl₂溶液制取钴．Co能与强酸反应产生H₂，不利于Co的沉积，故电解过程中，CoCl₂溶液的pH通常控制在3.9～4.2．
①Co沉积在Ti（填“Ti-Ru”或“Ti”） 电极上．
②CoCl₂溶液中常含有少量Cu²⁺、Fe³⁺、Na⁺等，为提高产品的纯度和电流效率，电解前必须将其中的Cu²⁺、Fe³⁺（填离子符号）除去．
③若用CoSO₄溶液代替CoCl₂溶液，会使产率降低．其原因是OH^-在阳极放电，使溶液的pH降低．

Answer 1

分析 （1）①化合态Co的常见化合价为+2、+3；
②往CoCl₂溶液中加入NaOH溶液产生粉红色沉淀，粉红色沉淀为Co（OH）₂，露置于空气中一段时间后，Co（OH）₂被氧化，沉淀变为棕褐色Co（OH）₃，据此写出化学方程式；
（2）①T₁℃时，取10mL上述溶液稀释至l00mL，稀释加入水，使化学平衡逆向移动，产生更多的Cl^-；
②温度升高，溶液中c（Cl^-）降低，化学平衡正向移动；
③A点时，溶液中c（Cl^-）=6mol/L，将各组分平衡浓度代入平衡常数表达式计算；
（3）①Co²⁺转化为Co沉积，为得电子反应，反应应在电解池阴极发生反应，与外电源负极相连的电极为阴极；
②CoCl₂溶液中常含有少量Cu²⁺、Fe³⁺、Na⁺等，电解时优先放电的有Cu²⁺和Fe³⁺，消耗电能，则电解前应先除去；
③若用CoSO₄溶液代替CoCl₂溶液，会使产率降低，考虑放电顺序OH^-优先于SO₄^2-．

解答 解：（1）化合态Co的常见化合价为+2、+3，
故答案为：+2、+3；
（2）往CoCl₂溶液中加入NaOH溶液产生粉红色沉淀，粉红色沉淀为Co（OH）₂，露置于空气中一段时间后，Co（OH）₂被氧化，沉淀变为棕褐色Co（OH）₃，则沉淀由粉红色变为棕褐色反应的化学方程式为：
4Co（OH）₂+2H₂O+O₂=4Co（OH）₃，
故答案为：4Co（OH）₂+2H₂O+O₂=4Co（OH）₃；
（2）①T₁℃时，取10mL上述溶液稀释至l00mL，稀释加入水，反应物整体浓度减小幅度更大，使化学平衡逆向移动，产生更多的Cl^-，则稀释后的溶液中c（Cl^-）＞0.6mol/L，
故答案为：＞；
②温度升高，溶液中c（Cl^-）降低，化学平衡正向移动，则正反应为吸热反应，所以反应的△H＞0，
故答案为：＞；
③A点时，溶液中c（Cl^-）=6mol/L，将0.025mol CoCl₂•6H₂O溶于50mL 12mol/L浓盐酸中，再加水稀释至100mL，反应方程式为：[Co（H₂O）₆]²⁺+4Cl^-?[CoCl₄]^2-+6H₂O，起始时c（Co²⁺）=$\frac{0.025mol}{0.1L}$=0.25mol/L，c（Cl^-）=$\frac{12×50×1{0}^{-3}+0.025×2}{100×1{0}^{-3}}$=6.5mol/L，平衡时c（Cl^-）=6mol/L，根据反应方程式，则c（Co²⁺）=0.25-0.5×$\frac{1}{4}$=0.125mol/L，c（CoCl₄^2-）=0.125mol/L，则反应的平衡常数为K=$\frac{c（CoC{l}_{4}^{2-}）}{{c}^{4}（C{l}^{-}）c[Co（{H}_{2}O）_{6}^{2+}）}$=$\frac{0.125mol/L}{0.125mol/L×（6mol/L）^{4}}$=7.72×10^-4L⁴/mol⁴，
故答案为：7.72×10^-4L⁴/mol⁴；
（3）①Co²⁺转化为Co沉积，为得电子反应，反应应在电解池阴极发生反应，与外电源负极相连的电极为阴极，则Co沉积在Ti电极上，
故答案为：Ti；
②CoCl₂溶液中常含有少量Cu²⁺、Fe³⁺、Na⁺等，电解时优先放电的有Cu²⁺和Fe³⁺，消耗电能，则电解前应先除去，
故答案为：Cu²⁺、Fe³⁺；
③若用CoSO₄溶液代替CoCl₂溶液，会使产率降低，考虑放电顺序OH^-优先于SO₄^2-，OH^-在阳极放电，使溶液的pH降低，从而使产率降低，
故答案为：OH^-在阳极放电，使溶液的pH降低．

点评 本题考查化学原理知识，包含氧化还原反应方程式的书写和配平，化学平衡常数的计算，化学平衡的移动，电化学知识，离子放电顺序，均为高频考点，题目难度中等，试题有助于培养综合分析问题的能力．