Question

【題目】堿式碳酸鈷[Cox(OH)y(CO3)z]常用作電子材料，磁性材料的添加劑，受熱時可分解生成三種氧化物。為了確定其組成，某化學興趣小組同學設計了如圖所示裝置進行實驗。

(1)請完成下列實驗步驟：

①稱取3.65 g樣品置于硬質玻璃管內，稱量乙、丙裝置的質量；

②按如圖所示裝置組裝好儀器，并檢驗裝置氣密性；

③加熱甲中玻璃管，當乙裝置中________________(填現象)，停止加熱；

④打開活塞a，緩緩通入空氣數分鐘后，稱量乙、丙裝置的質量；

⑤計算。

(2)步驟④中緩緩通入空氣數分鐘的目的是___________________________。

(3)某同學認為上述實驗裝置中存在一個明顯缺陷，為解決這一問題，可選用下列裝置中的____________(填字母)連接在________(填裝置連接位置)。

(4)若按正確裝置進行實驗，測得如下數據：則該堿式碳酸鈷的化學式為______。

	乙裝置的質量/g	丙裝置的質量/g
加熱前	80.00	62.00
加熱后	80.36	62.88

(5)CoCl2·6H2O常用作多彩水泥的添加劑，以含鈷廢料(含少量Fe、Al等雜質)制取CoCl2·6H2O的一種工藝如下：

已知：

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

①凈化除雜質時，加入H2O2發生反應的離子方程式為___________________。

②加入CoCO3調pH為5.2～7.6，則操作Ⅰ獲得的濾渣成分為_____________。

③加鹽酸調整pH為2～3的目的為________________________________。

Answer 1

【答案】不再有氣泡產生時 將裝置中產生的CO2和H2O(g)全部排入乙、丙裝置中 D 活塞a前(或裝置甲前) Co3(OH)4(CO3)2 2Fe2＋＋H2O2＋2H＋＝2Fe3＋＋2H2O Al(OH)3、Fe(OH)3 抑制CoCl2的水解

【解析】

（1）加熱甲中玻璃管，當乙裝置中不再有氣泡產生，即堿式碳酸鈷分解完畢；

（2）步驟④中緩緩通入空氣數分鐘，將裝置中生成的CO2和H2O全部排入乙、丙裝置中，以免影響測量結果；

（3）在活塞a前，加裝裝置D，裝置中盛放的堿石灰容易吸收空氣中的水蒸氣和二氧化碳；

（4）堿式碳酸鈷樣品3.65g，反應前乙裝置的質量為80.00g，反應后質量為80.36g，故生成水的質量為80.36g-80.00g=0.36g，物質的量為=0.02mol；反應前丙裝置的質量為62.00g，反應后質量為62.00g，生成二氧化碳的質量為62.88g-62.00g=0.88g，物質的量為=0.02mol，故Co的質量為3.65g-0.02mol×2×17g/mol-0.02mol×60g/mol=1.77g，故Co原子物質的量為：=0.03mol，再結合守恒法求出堿式碳酸鈷的化學式；

（5）向含鈷廢料中加入過量稀鹽酸，Fe、Al和稀鹽酸反應生成FeCl2、AlCl3、CoCl2，向溶液中加入雙氧水和CoCO3，雙氧水具有強氧化性，能將亞鐵離子氧化為鐵離子，離子反應方程式為2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O，加入CoCO3，調節溶液的pH至7.6，使Fe（OH）3、Al（OH）3生成沉淀，然后過濾，濾渣為Fe（OH）3、Al（OH）3，濾液中含有CoCl2，然后向濾液中加入稀鹽酸，抑制CoCl2水解，然后采用蒸發濃縮、冷卻結晶和過濾方法得到CoCl26H2O；

①雙氧水具有氧化性，能氧化還原性離子；

②加入CoCO3調pH為5.2～7.6，則操作I獲得的濾渣成分為Fe（OH）3、Al（OH）3；

③CoCl2為強酸弱堿鹽，陽離子水解導致溶液呈酸性，加入稀鹽酸能抑制水解。

（1）加熱甲中玻璃管，當乙裝置中不再有氣泡產生，即堿式碳酸鈷分解完畢；

（2）步驟④中緩緩通入空氣數分鐘，將裝置中生成的CO2和H2O全部排入乙、丙裝置中，以免影響測量結果；

（3）在活塞a前，加裝裝置D，裝置中盛放的堿石灰容易吸收空氣中的水蒸氣和二氧化碳；

（4）堿式碳酸鈷樣品3.65g，反應前乙裝置的質量為80.00g，反應后質量為80.36g，故生成水的質量為80.36g-80.00g=0.36g，物質的量為=0.02mol；反應前丙裝置的質量為62.00g，反應后質量為62.00g，生成二氧化碳的質量為62.88g-62.00g=0.88g，物質的量為=0.02mol，故Co的質量為3.65g-0.02mol×2×17g/mol-0.02mol×60g/mol=1.77g，故Co原子物質的量為：=0.03mol，根據Co、H、C元素守恒可知，x：y：z=0.03mol：0.02mol×2：0.02mol=3：4：2，故堿式碳酸鈷的化學式為Co3（OH）8（CO3）4；

（5）向含鈷廢料中加入過量稀鹽酸，Fe、Al和稀鹽酸反應生成FeCl2、AlCl3、CoCl2，向溶液中加入雙氧水和CoCO3，雙氧水具有強氧化性，能將亞鐵離子氧化為鐵離子，離子反應方程式為2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O，加入CoCO3，調節溶液的pH至7.6，使Fe（OH）3、Al（OH）3生成沉淀，然后過濾，濾渣為Fe（OH）3、Al（OH）3，濾液中含有CoCl2，然后向濾液中加入稀鹽酸，抑制CoCl2水解，然后采用蒸發濃縮、冷卻結晶和過濾方法得到span>CoCl26H2O；

①雙氧水具有強氧化性，能將亞鐵離子氧化為鐵離子，離子反應方程式為2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O；

②加入CoCO3調pH為5.2～7.6，則操作I獲得的濾渣成分為Fe（OH）3、Al（OH）3；

③CoCl2為強酸弱堿鹽，陽離子水解導致溶液呈酸性，加入稀鹽酸能抑制水解，所以加入稀鹽酸的目的是抑制CoCl2水解。