Question

【題目】鈷及其化合物廣泛應用于磁性材料、電池材料及超硬材料等領域。

（1）CoxNi(1-x)Fe2O4（其中Co、Ni均為+2）可用作H2O2分解的催化劑，具有較高的活性。

①該催化劑中鐵元素的化合價為______。

②圖1表示兩種不同方法制得的催化劑CoxNi(1-x)Fe2O4在10℃時催化分解6%的H2O2溶液的相對初始速率隨x變化曲線。由圖中信息可知：______________法制取得到的催化劑活性更高；Co2+、Ni2+兩種離子中催化效果更好的是______。

（2）草酸鈷是制備鈷的氧化物的重要原料。下圖2為二水合草酸鈷（CoC2O4·2H2O）在空氣中受熱的質量變化曲線，曲線中300℃及以上所得固體均為鈷氧化物。

①通過計算確定A點剩余固體的化學成分為________________（填化學式）。試寫出B點對應的物質與O2在225℃~300℃發生反應的化學方程式：_________________________________________。

②取一定質量的二水合草酸鈷分解后的鈷氧化物（其中Co的化合價為+2、+3），用480 mL 5 mol/L鹽酸恰好完全溶解固體，得到CoCl2溶液和4.48 L（標準狀況）黃綠色氣體。試確定該鈷氧化物中Co、O的物質的量之比為___________。

Answer 1

【答案】+3 微波水熱 Co2+ Co3O4（寫成CoO·Co2O3亦給分） 3CoC2O4+ 2O2= Co3O4+6CO2 5:6

【解析】

（1）①根據化合價代數和為0計算Fe的化合價，CoxNi(1-x)Fe2O4中Co、Ni均為+2，O為-2價，則Fe的化合價為=+3；

②過氧化氫的分解速率越大，催化劑活性更高，根據圖象可知，x相同時，微波水熱法初始速度大于常規水熱法，所以微波水熱法制得催化劑的活性更高；由圖可知，隨x值越大，過氧化氫的分解速率越大，而x增大，Co2+的比例增大，所以Co2+的催化活性更高；

（2）①由圖可知，CoC2O4·2H2O的質量為18.3g，物質的量為 =0.1mol，Co元素質量為5.9g，C點鈷氧化物質量為8.03g，氧化物中氧元素質量為8.03g-5.9g=2.13g，則氧化物中Co原子與O原子物質的量之比為0.1mol：mol≈3：4，所以C的Co氧化物為Co3O4；B點對應物質的質量為14.7g，與其起始物質的質量相比減少18.3g-14.7g=3.6g，為結晶水的質量，所以B點物質為CoC2O4，與氧氣反應生成Co3O4與二氧化碳，反應方程式為3CoC2O4 + 2O2 = Co3O4 +6CO2；

②由電子守恒：n(Co3+) = 2 n(Cl2) = 0.4 mol，由電荷守恒：n(Co)總 =n(Co2+)溶液= 0.5 n(Cl－) = 0.5×( 2.4mol－0.2mol×2)= 1 mol，所以固體中的n(Co2+)= 1mol－0.4mol= 0.6 mol；n(O)==1.2mol，所以n(Co): n(O)=1mol: 1.2mol=5：6。