Question

【題目】鈷及其化合物在磁性材料、電池材料、超硬材料及催化劑等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用．

（1）CoxNi（1-x）Fe2O4可用作H2O2分解的催化劑

①已知CoxNi（1-x）Fe2O4中Co、Ni化合價(jià)均為+2，則該化合物這鐵元素的化合價(jià)為_______

②如圖1表示兩種不同方法制得的催化劑CoxNi（1-x）Fe2O4在10℃時(shí)催化分解6%的H2O2溶液的相對(duì)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__________

③CoxNi（1-x）Fe2O4能與氫碘酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)，所得溶液這含有三種金屬離子，寫出反應(yīng)的離子方程式____________

（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(zhì)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(jì)算確定C點(diǎn)剩余固體的化學(xué)式為________

② 取一定質(zhì)量二水合草酸鈷分解后的鈷氧化物（其中Co的化合價(jià)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(biāo)準(zhǔn)狀況）黃綠色氣體。試確定該鈷氧化物中Co、O的物質(zhì)的量之比為______________。

（3）以硫化鈷(Co3S4)為原料冶煉鈷的原理為在空氣中焙燒礦石得到兩種氧化物，反應(yīng)中只有一種元素被氧化，然后利用鋁熱反應(yīng)可得到鈷。寫出焙燒時(shí)的化學(xué)方程式：________；寫出鋁熱反應(yīng)的引發(fā)操作_______。

Answer 1

【答案】 +3 微波水熱法 Co2+ CoxNi（1-x）Fe2O4+8H++2I-=xCo2++(1-x)Ni2++2Fe2++I2+4H2O Co3O4 5：6 Co3S4 + 6O2 = Co3O4 +4SO2 在鋁熱劑表面鋪一層氯酸鉀，插上鎂條，點(diǎn)燃鎂條

【解析】(1)①CoxNi(1-x)Fe2O4中Co、Ni均為+2，O為-2價(jià)，則Fe的化合價(jià)為=+3；
②過氧化氫的分解速率越大，催化劑活性更高，根據(jù)圖象可知，x相同時(shí)，微波水熱法初始速度大于常規(guī)水熱法，故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，故Co2+的催化活性更高；

③CoxNi(1-x)Fe2O4能與氫碘酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)，I-應(yīng)被氧化為I2，Fe3+被還原為Fe2+，同時(shí)得到Co2+、Ni2+，結(jié)合電子守恒、電荷守恒及原子守恒得此反應(yīng)的離子方程式為CoxNi(1-x)Fe2O4+8H++2I-=xCo2++(1-x)Ni2++2Fe2++I2+4H2O；

(2)①由圖可知，CoC2O42H2O的質(zhì)量為18.3g，其我知道可為0.1mol，Co元素質(zhì)量為5.9g，C點(diǎn)鈷氧化物質(zhì)量為8.03g，氧化物中氧元素質(zhì)量為8.03g-5.9g=2.13g，則氧化物中Co原子與O原子物質(zhì)的量之比為0.1mol∶≈3∶4，故C點(diǎn)剩余固體為Co3O4；B點(diǎn)對(duì)應(yīng)物質(zhì)的質(zhì)量為14.7g，與其起始物質(zhì)的質(zhì)量相比減少18.3g-14.7g=3.6g，為結(jié)晶水的質(zhì)量，故B點(diǎn)物質(zhì)為CoC2O4，與氧氣反應(yīng)生成Co3O4與二氧化碳，反應(yīng)方程式為：3CoC2O4+2O2Co3O4+6CO2；
②由電子守恒：n(Co3+)=2 n(Cl2)=2×=0.4 mol，

由電荷守恒：n(Co原子)總=n(Co2+)溶液=n(Cl-)=×( 0.48L×5mol/L-2×)=1 mol，所以固體中的n(Co2+)=1mol-0.4mol=0.6 mol，

根據(jù)化合價(jià)電荷守恒為0，氧化物中n(O)=(0.6mol×2+0.4mol×3)÷2=1.2mol，
故該鈷氧化物中n(Co)∶n(O)=1mol：1.2mol=5∶6；

(3)硫化鈷(Co3S4)在空氣中焙燒得到兩種氧化物，反應(yīng)中只有一種元素被氧化，則定有SO2，Co的化合價(jià)不發(fā)生改變，其對(duì)應(yīng)的氧化產(chǎn)物為Co3O4，故焙燒時(shí)的化學(xué)方程式Co3S4 + 6O2 = Co3O4 +4SO2；引發(fā)鋁熱反應(yīng)的操作為在鋁熱劑表面鋪一層氯酸鉀，插上鎂條，點(diǎn)燃鎂條。