题目内容

16．碱式碳酸钴[Cox（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所示装置进行实验．

（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中缓缓通入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，可选用下列装置中的D（填字母）连接在活塞a前（或装置甲前）（填装置连接位置）．

（4）若按正确装置进行实验，测得如下数据：
乙装置的质量/g丙装置的质量/g
加热前80.0062.00
加热后80.3662.88
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的一种工艺如下：

已知：
沉淀物Fe（OH）3Fe（OH）2CO（OH）2Al（OH）2
开始沉淀（PH）2.37.57.63.4
完全沉淀（PH）4.19.79.25.2
①净除杂质时，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Ⅰ获得的滤渣成分为Fe（OH）3和Al（OH）3．
③加盐酸调整PH为2～3的目的为抑制CoCl2的水解．
④操作Ⅱ过程为蒸发浓缩、冷却结晶（填操作名称）、过滤．

分析 （1）③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，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62.88g，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，得到化学式；
（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）钴废料含少量Fe、Al等杂质，含钴废料加入盐酸加热酸浸，得到溶液中含有氯化亚铁，氯化铝氯化钴等，加入过氧化氢氧化亚铁离子为铁离子，加入碳酸钴调节溶液PH使铁离子和铝离子全部沉淀，过滤得到滤液中加入盐酸调节溶液PH值通过2-3，抑制钴离子水解，蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到氯化钴晶体；
①三价铁离子易转化为沉淀，所以要把二价铁离子氧化为三价铁离子；
②调节溶液的pH值，使溶液中铁离子和铝离子生成沉淀，而钴离子存在溶液中，从而将铁离子、铝离子和钴离子分开；
③加盐酸调整pH为2～3的目的是抑制氯化钴的水解；
④分析可知操作Ⅱ过程为的溶质晶体的过程，利用蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到．

解答 解：（1）③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（或装置甲前）；
（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62.88g，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）①三价铁离子易转化为沉淀，所以要加入氧化剂过氧化氢把二价铁离子氧化为三价铁离子，而不会引入新的杂质，反应的离子方程式为；2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O；
故答案为：2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O；
②废料加入盐酸后生成氯化物，然后加入双氧水，二价铁离子被双氧水氧化生成三价铁离子，根据沉淀的pH值表格知，当溶液的pH值为5.2时，铁离子和铝离子被完全沉淀，当溶液的pH值为7.6时，钴离子才开始产生沉淀，所以要想将铁离子、铝离子和钴离子分离，溶液的pH值应该不小于5.2不大于7.6，则操作I获得的滤渣成分为Fe（OH）3和Al（OH）3；
故答案为：Fe（OH）3和Al（OH）3；
③加盐酸调整pH为2～3的目的为抑制CoCl2的水解，故答案为：抑制CoCl2的水解；
④操作Ⅱ过程为的溶质晶体的过程，利用蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到，
故答案为：蒸发浓缩、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．

练习册系列答案
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11．向FeI2和FeBr2、氯气的物质的量之比为1：1：2的混合溶液中，发生的离子反应是（　　）
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（3）装置Ⅲ中，电解槽的阳极发生的电极反应为Ce3+-e-═Ce4+；
（4）从装置Ⅳ中获得粗产品NH4NO3的实验操作依次为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤等．
（5）已知进入装置Ⅳ的溶液中，NO2-的浓度为a　g•L-1，要使1m3该溶液中的NO2-完全转化为NH4NO3，至少需向装置Ⅳ中通入标准状况下的O2243aL．（用含a代数式表示，计算结果保留整数）
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