Question

9．钴及其化合物在磁性材料、电池材料、超硬材料及催化剂等领域有广泛应用．
（1）Co_xNi_（1-x）Fe₂O₄可用作H₂O₂分解的催化剂
①已知Co_xNi_（1-x）Fe₂O₄中Co、Ni的化合价均为+2，则该化合物中铁元素的化合价为+3．
②如图1表示由两种不同方法制得的Co_xNi_（1-x）Fe₂O₄在室温时催化分解6%的H₂O₂溶液，相对初始速率随x变化曲线．则两种方法中，制取的催化剂活性更高的是微波热水法；催化剂催化活性与钴、镍比[n（Co²⁺）：n（Ni²⁺）]的关系是钴、镍比越大，催化剂的催化活性越高．
（2）氯化钴（CoCl₂）是一种常用的化学试剂，某同学向CoCl₂溶液中滴加NaOH溶液．得到粉红色的Co（OH）₂沉淀，在空气中粉红色沉淀慢慢转化为棕褐色的Co（OH）₃，向Co（OH）₃沉淀中加入盐酸，沉淀溶解，同时放出黄绿色气体，依次写出该同学实验过程中发生反应的化学方程式CoCl₂+2NaOH=Co（OH）₂↓+2NaCl、4Co（OH）₂+O₂+2H₂O=4Co（OH）₃、2Co（OH）₃+6HCl=2CoCl₂+Cl₂↑+3H₂O．
（3）草酸钴是制备钴的氧化物的重要原料．如图2为二水合草酸钴（CoC₂O₄•2H₂O）在空气中受热的质量变化曲线，曲线中300℃及以上温度所得固体均为钴的氧化物．
①通过计算确定B、C处剩余固体对应的化学式分别是CoC₂O₄、Co₃O₄．
②取一定质量的二水合草酸钴分解后的钴氧化物（其中Co的化合价为+2、+3），用480mL5mol•L^-1盐酸恰好使其完全溶解，得到CoCl₂溶液和4.48L（标准状况）黄绿色气体．则该钴氧化物中n（Co²⁺）：n（Co³⁺）=3：2．

Answer 1

分析 （1）①根据化合价代数和为0计算Fe的化合价；
②过氧化氢的分解速率越大，催化剂活性更高；随x值越大，过氧化氢的分解速率越大，而x增大，Co²⁺的比例增大；
（2）CoCl₂溶液中滴加NaOH溶液Co（OH）₂沉淀和NaCl，Co（OH）₂与氧气和水反应生成Co（OH）₃，Co（OH）₃与HCl反应生成氯气、CoCl₂和水；
（3）①由图可知，CoC₂O₄•2H₂O的质量为18.3g，其物质的量为0.1mol，根据B点固体的质量分析；
CoC₂O₄•2H₂O的质量为18.3g，其中Co元素质量为5.9g，C点钴氧化物质量为8.03g，氧化物中氧元素质量为8.03g-5.9g=2.13g，根据两种元素的物质的量之比计算；
②由电子守恒：n（Co³⁺）=2 n（Cl₂），由电荷守恒：n（Co原子）_总=n（Co²⁺）_溶液=$\frac{1}{2}$n（Cl^-），联立计算n_氧化物（Co²⁺），然后计算钴氧化物中n（Co²⁺）：n（Co³⁺）．

解答 解：（1）①Co_xNi_（1-x）Fe₂O₄中Co、Ni均为+2，O为-2价，则Fe的化合价为$\frac{4×2-（2x+2-2x）}{2}$=+3，故答案为：+3；
②过氧化氢的分解速率越大，催化剂活性更高，根据图象可知，x相同时，微波水热法初始速度大于常规水热法，故微波水热法制得催化剂的活性更高；
由图可知，随x值越大，过氧化氢的分解速率越大，而x增大，Co²⁺的比例增大，即钴、镍比越大，催化剂的催化活性越高，
故答案为：微波水热；钴、镍比越大，催化剂的催化活性越高；
（2）CoCl₂溶液中滴加NaOH溶液Co（OH）₂沉淀和NaCl，Co（OH）₂与氧气和水反应生成Co（OH）₃，Co（OH）₃与HCl反应生成氯气、CoCl₂和水，发生的反应方程式为：CoCl₂+2NaOH=Co（OH）₂↓+2NaCl、4Co（OH）₂+O₂+2H₂O=4Co（OH）₃、2Co（OH）₃+6HCl=2CoCl₂+Cl₂↑+3H₂O；
故答案为：CoCl₂+2NaOH=Co（OH）₂↓+2NaCl；4Co（OH）₂+O₂+2H₂O=4Co（OH）₃；2Co（OH）₃+6HCl=2CoCl₂+Cl₂↑+3H₂O；
（3）①由图可知，CoC₂O₄•2H₂O的质量为18.3g，其物质的量为0.1mol，已知CoC₂O₄的式量为147，则0.1molCoC₂O₄的质量为14.7g，则B点为CoC₂O₄；
CoC₂O₄•2H₂O物质的量为0.1mol，则其中Co元素质量为5.9g，C点钴氧化物质量为8.03g，氧化物中氧元素质量为8.03g-5.9g=2.13g，则氧化物中Co原子与O原子物质的量之比为0.1mol：$\frac{2.13g}{16g/mol}$≈3：4，故C点Co的氧化物为Co₃O₄；
故答案为：CoC₂O₄、Co₃O₄；
②由电子守恒：n（Co³⁺）=2 n（Cl₂）=2×$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$=0.4 mol，
由电荷守恒：n（Co原子）_总=n（Co²⁺）_溶液=$\frac{1}{2}$n（Cl^-）=$\frac{1}{2}$×（ 0.48L×5mol/L-2×$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$）=1 mol，所以固体中的n（Co²⁺）=1mol-0.4mol=0.6 mol，
则钴氧化物中n（Co²⁺）：n（Co³⁺）=0.64：0.4=3：2；
故答案为：3：2．

点评 本题考查元素化合价的判断、物质化学式的计算、得失电子守恒规律的应用、对图象的分析处理等，注意利用电子守恒和原子守恒计算，难度中等．