Question

【題目】納米級Co3O4是一種電極材料，可用草酸鹽濕式沉淀—煅燒分解法制備。

(1)先用(NH4)2C2O4溶液和CoCl2溶液為原料制取難溶于水的CoC2O4·2H2O晶體。

①已知25 ℃，Kb(NH3·H2O)＝1.8×10－5，H2C2O4的Ka1＝5.6×10－2，Ka2＝5.4×10－5。(NH4)2C2O4溶液的pH__ (填“>”“＝”或“<”)7。

②反應時，使(NH4)2C2O4過量的原因是________________________。

(2) 為確定由CoC2O4·2H2O獲得Co3O4的最佳煅燒溫度，準確稱取4.575 g的CoC2O4·2H2O樣品，在空氣中加熱，固體樣品的剩余質量隨溫度的變化如圖所示(已知385 ℃以上殘留固體均為金屬氧化物)

①B處的物質為________(填化學式)。

②經測定，205～385 ℃的煅燒過程中，產生的氣體為CO2，計算AB段消耗O2在標準狀況下的體積。(寫出計算過程，結果保留2位有效數字) ________。

Answer 1

【答案】< 使Co2＋充分沉淀(或提高Co2＋的沉淀率) Co3O4 n(CoC2O4·2H2O)＝4.575 g/183 gmol－1＝0.025 mol

CoC2O4·2H2O中m(H2O)＝0.025 mol×2×18 g·mol－1＝0.9 g

CoC2O4·2H2O中m(CoC2O4)＝4.575 g－0.9 g＝3.675 g

根據圖中A點數據可知，A為CoC2O4

AB段發生反應的化學方程式為3CoC2O4＋2O2===Co3O4＋6CO2

V(O2)＝2/3×0.025 mol×22.4 L·mol－1＝0.37 L (其他合理計算步驟也給分)

【解析】

(1) ①電解質越弱，相應的離子水解程度越大；

②為制備難溶于水的CoC2O4·2H2O晶體，反應更充分，可使(NH4)2C2O4過量；

(2)①根據鈷元素守恒計算產物成分。；

②結合元素守恒法推出A的剩余固體的成分，再根據實際反應的化學方程式的計量數分析作答。

(1) ①(NH4)2C2O4溶液中，銨根離子水解顯酸性，C2O42-以第一步水解為主，其水解方程式為：C2O42- +H2O HC2O4-+OH-，其水溶液顯堿性，又Kb(NH3·H2O)＝1.8×10－5，H2C2O4的Ka2＝5.4×10－5，弱電解質的電離平衡常數越小，鹽溶液水解程度越大，則銨根離子的水解程度大于草酸根離子的水解程度，使(NH4)2C2O4溶液顯酸性，即pH < 7，

故答案為：<；

②反應時，使(NH4)2C2O4過量，可使Co2＋充分沉淀，提高Co2＋的沉淀率，

故答案為：使Co2＋充分沉淀(或提高Co2＋的沉淀率)；

(2)①4.575 g的CoC2O4·2H2O中Co原子的物質的量 = = 0.025 mol，若獲得的產物為Co3O4，則其質量應為×0.025 mol×241 g/mol = 2.008 g，根據圖示信息可知，B處的物質為Co3O4，

故答案為：Co3O4；

②因CoC2O4·2H2O 的質量為4.575 g，則n(CoC2O4·2H2O)＝4.575 g/183 gmol－1＝0.025 mol

而CoC2O4·2H2O中結晶水的質量為m(H2O)＝0.025 mol×2×18 g·mol－1＝0.9 g，

可得CoC2O4·2H2O中CoC2O4的質量m(CoC2O4)＝4.575 g－0.9 g＝3.675 g

根據圖中A點數據可知，A的成分為CoC2O4

故AB段發生反應的化學方程式為3CoC2O4＋2O2===Co3O4＋6CO2

再標準狀況下，所得氧氣的體積V(O2)＝×0.025 mol×22.4 L·mol－1＝0.37 L

答案為：n(CoC2O4·2H2O)＝4.575 g/183 gmol－1＝0.025 mol

CoC2O4·2H2O中m(H2O)＝0.025 mol×2×18 g·mol－1＝0.9 g

CoC2O4·2H2O中m(CoC2O4)＝4.575 g－0.9 g＝3.675 g

根據圖中A點數據可知，A為CoC2O4

AB段發生反應的化學方程式為3CoC2O4＋2O2===Co3O4＋6CO2

V(O2)＝2/3×0.025 mol×22.4 L·mol－1＝0.37 L (其他合理計算步驟也給分)