Question

8．鈷及其合金在電機(jī)、機(jī)械、化工、航空和航天等工業(yè)部門(mén)得到廣泛的應(yīng)用，并成為一種重要的戰(zhàn)略金屬．
Ⅰ．鈷酸鋰電池的正極采用鈷酸鋰LiCoO₂，負(fù)極采用金屬鋰和碳的復(fù)合材料，該電池的反應(yīng)為：LiCoO₂+6C$?_{放電}^{充電}$Li_1-xCoO₂+Li_xC₆，寫(xiě)出放電時(shí)負(fù)極的電極反應(yīng)Li_xC₆-xe^-=6C+xLi⁺．
Ⅱ．堿式碳酸鈷[Co_x（OH）_y（CO₃）_z]常用做電子材料、磁性材料的添加劑，受熱時(shí)可分解生成三種氧化物．為了確定其組成，某化學(xué)興趣小組同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖（甲、乙、丙）所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．

實(shí)驗(yàn)步驟如下：
①稱(chēng)取3.65g樣品置于硬質(zhì)玻璃管內(nèi)，稱(chēng)量乙、丙裝置的質(zhì)量；
②按如圖所示裝置組裝好儀器，檢查裝置氣密性；
③加熱玻璃管，當(dāng)乙裝置中不再有氣泡產(chǎn)生，停止加熱；
④打開(kāi)活塞a，緩緩?fù)ㄈ肟諝鈹?shù)分鐘后，稱(chēng)量乙、丙裝置的質(zhì)量；
⑤計(jì)算．
（1）從下列圖示（A-D）選出合理的裝置填入方框中，使整套實(shí)驗(yàn)裝置完整（選填字母序號(hào)，可重復(fù)選用）：

甲D；乙A；丙D．
甲裝置的作用是吸收空氣中的H₂O和CO₂，減少實(shí)驗(yàn)誤差．
（2）補(bǔ)充完整步驟③不再有氣泡產(chǎn)生；步驟④中緩緩?fù)ㄈ肟諝鈹?shù)分鐘的目的是將生成的CO₂和H₂O全部趕入乙和丙吸收．
（3）若按正確裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)得如下數(shù)據(jù)：

	乙裝置的質(zhì)量（g）	丙裝置的質(zhì)量（g）
加熱前	80.00	62.00
加熱后	80.36	62.88

則該堿式碳酸鈷的化學(xué)式為Co₃（OH）₄（CO₃）₂．
（4）為了比較亞硫酸和碳酸的酸性強(qiáng)弱，某同學(xué)用如下（A、B）裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：

①試劑A是酸性高錳酸鉀溶液，試劑B是澄清石灰水．
②若將SO₂通入水中至飽和，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明亞硫酸是弱酸：首先測(cè)得亞硫酸飽和溶液的pH，然后取一定體積的飽和溶液稀釋10倍再測(cè)pH，若pH差小于1，說(shuō)明亞硫酸是弱酸用中和滴定法，根據(jù)氫氧化鈉溶液的體積可知溶液中亞硫酸的濃度，比較亞硫酸的濃度和氫離子的濃度，若亞硫酸的濃度大于氫離子的濃度，則亞硫酸為弱酸．

Answer 1

分析 Ⅰ．放電時(shí)，負(fù)極上失電子化合價(jià)升高，發(fā)生氧化反應(yīng)；
Ⅱ．（1）受熱時(shí)可分解生成三種氧化物，利用空氣先通過(guò)裝置D干燥管中的堿石灰除去空氣中的二氧化碳和水蒸氣，剩余氣體把生成的水蒸氣和二氧化碳趕入裝置乙和丙完全吸收，玻璃管中加熱分解堿式碳酸鈷[Co_x（OH）_y（CO₃）_z]，生成氣體通過(guò)裝置A中的濃硫酸吸收水蒸氣測(cè)定生成水的質(zhì)量，通過(guò)裝置D中堿石灰吸收生成的二氧化碳?xì)怏w測(cè)定生成二氧化碳的質(zhì)量，最后的堿石灰干燥管防止空氣中的二氧化碳和水蒸氣進(jìn)入裝置丙影響測(cè)定結(jié)果；
（2）加熱甲中玻璃管，當(dāng)乙裝置中不再有氣泡產(chǎn)生，即堿式碳酸鈷分解完畢，步驟④中緩緩?fù)ㄈ肟諝鈹?shù)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(cè)量結(jié)果；
（3）堿式碳酸鈷樣品3.65g，反應(yīng)前乙裝置的質(zhì)量為80.00g，反應(yīng)后質(zhì)量為80.36g，故生成水的質(zhì)量為80.36g-80.00g=0.36g，物質(zhì)的量為$\frac{0.36g}{18g/mol}$=0.02mol；反應(yīng)前丙裝置的質(zhì)量為62.00g，反應(yīng)后質(zhì)量為62.88g，生成二氧化碳的質(zhì)量為62.88g-62.00g=0.88g，物質(zhì)的量為$\frac{0.88g}{44g/mol}$=0.02mol，故Co的質(zhì)量為3.65g-0.02mol×2×17g/mol-0.02mol×60g/mol=1.77g，故Co原子物質(zhì)的量為：$\frac{1.77g}{59g/mol}$=0.03mol，根據(jù)Co、H、C元素守恒可知，x：y：z=0.03mol：0.02mol×2：0.02mol=3：4：2，得到化學(xué)式；
（4）根據(jù)裝置圖可知，二氧化硫通入碳酸氫鈉溶液中能產(chǎn)生二氧化碳，通過(guò)高錳酸鉀溶液，二氧化硫被吸收，品紅可以檢驗(yàn)二氧化硫被吸收干凈，再通過(guò)澄清石灰水，石灰水變混濁，說(shuō)明在碳酸氫鈉溶液中有二氧化碳產(chǎn)生；用pH計(jì)可測(cè)定溶液中氫離子的濃度，用中和滴定法，根據(jù)氫氧化鈉溶液的體積可知溶液中亞硫酸的濃度，比較亞硫酸的濃度和氫離子的濃度可知亞硫酸是否完全電離，據(jù)此答題；

解答 解：Ⅰ．鈷酸鋰電池的正極采用鈷酸鋰LiCoO₂，負(fù)極采用金屬鋰和碳的復(fù)合材料，放電時(shí)，根據(jù)電池反應(yīng)式知，負(fù)極反應(yīng)式為L(zhǎng)i_xC₆-xe^-=6C+xLi⁺、正極反應(yīng)式為L(zhǎng)i_1-xCoO₂+xLi⁺+xe^-=LiCoO₂，
故答案為：Li_xC₆-xe^-=6C+xLi⁺；
Ⅱ．（1）利用空氣先通過(guò)裝置D干燥管中的堿石灰除去空氣中的二氧化碳和水蒸氣，剩余氣體把生成的水蒸氣和二氧化碳趕入裝置乙和丙完全吸收，玻璃管中加熱分解堿式碳酸鈷[Co_x（OH）_y（CO₃）_z]，生成氣體通過(guò)裝置A中的濃硫酸吸收水蒸氣測(cè)定生成水的質(zhì)量，通過(guò)裝置D中堿石灰吸收生成的二氧化碳?xì)怏w測(cè)定生成二氧化碳的質(zhì)量，最后的堿石灰干燥管防止空氣中的二氧化碳和水蒸氣進(jìn)入裝置丙影響測(cè)定結(jié)果，甲裝置的作用是 吸收空氣中的H₂O和CO₂，減少實(shí)驗(yàn)誤差，
故答案為：D A D； 吸收空氣中的H₂O和CO₂，減少實(shí)驗(yàn)誤差；
（2）③加熱玻璃管，當(dāng)乙裝置中不再有氣泡產(chǎn)生，即堿式碳酸鈷分解完畢，步驟④中緩緩?fù)ㄈ肟諝鈹?shù)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(cè)量結(jié)果，
故答案為：不再有氣泡產(chǎn)生，將生成的CO₂和H₂O全部趕入乙和丙吸收；
（3）堿式碳酸鈷樣品3.65g，反應(yīng)前乙裝置的質(zhì)量為80.00g，反應(yīng)后質(zhì)量為80.36g，故生成水的質(zhì)量為80.36g-80.00g=0.36g，物質(zhì)的量為$\frac{0.36g}{18g/mol}$=0.02mol；反應(yīng)前丙裝置的質(zhì)量為62.00g，反應(yīng)后質(zhì)量為62.88g，生成二氧化碳的質(zhì)量為62.88g-62.00g=0.88g，物質(zhì)的量為$\frac{0.88g}{44g/mol}$=0.02mol，故Co的質(zhì)量為3.65g-0.02mol×2×17g/mol-0.02mol×60g/mol=1.77g，故Co原子物質(zhì)的量為：$\frac{1.77g}{59g/mol}$=0.03mol，根據(jù)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(xué)式為Co₃（OH）₄（CO₃）₂；
故答案為：Co₃（OH）₄（CO₃）₂；
（4）①根據(jù)裝置圖可知，二氧化硫通入碳酸氫鈉溶液中能產(chǎn)生二氧化碳，通過(guò)裝置A中高錳酸鉀溶液，二氧化硫被吸收，品紅可以檢驗(yàn)二氧化硫被吸收干凈，再通過(guò)裝置B中澄清石灰水，石灰水變混濁，說(shuō)明在碳酸氫鈉溶液中有二氧化碳產(chǎn)生，所以該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康臑楸容^亞硫酸與碳酸酸性的強(qiáng)弱，
故答案為：酸性高錳酸鉀溶液； 澄清石灰水；
②證明亞硫酸是弱電解質(zhì)的實(shí)驗(yàn)方案為：用pH計(jì)可測(cè)定溶液中氫離子的濃度，然后取一定體積的飽和溶液稀釋10倍再測(cè)pH，若pH差小于1，說(shuō)明亞硫酸是弱酸或用中和滴定法，根據(jù)氫氧化鈉溶液的體積可知溶液中亞硫酸的濃度，比較亞硫酸的濃度和氫離子的濃度，若亞硫酸的濃度大于氫離子的濃度，則亞硫酸為弱酸，
故答案為：首先測(cè)得亞硫酸飽和溶液的pH，然后取一定體積的飽和溶液稀釋10倍再測(cè)pH，若pH差小于1，說(shuō)明亞硫酸是弱酸或用中和滴定法，根據(jù)氫氧化鈉溶液的體積可知溶液中亞硫酸的濃度，比較亞硫酸的濃度和氫離子的濃度，若亞硫酸的濃度大于氫離子的濃度，則亞硫酸為弱酸；

點(diǎn)評(píng) 本題考查學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理理解、方案設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)、實(shí)驗(yàn)裝置的理解、物質(zhì)組成的測(cè)定等，難度中等，理解實(shí)驗(yàn)原理是解題的關(guān)鍵，是對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用，需要學(xué)生具有扎實(shí)的基礎(chǔ)與綜合運(yùn)用分析解決問(wèn)題的能力．