Question

研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)，為測定堿式碳酸鈷[Cox（OH）y（C0₃）z]的化學(xué)組成，設(shè)計(jì)了如圖所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究．已知堿式碳酸鈷受熱時可分解生成三種氧化物．

（1）請完成下列實(shí)驗(yàn)步驟：
①稱取3.65g樣品置于硬質(zhì)玻璃管內(nèi)，稱量乙、丙裝置的質(zhì)量；
②按如圖所示裝置組裝好儀器，并

 

；
③加熱甲中玻璃管，當(dāng)乙裝置中

 

（填實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象），停止加熱；
④打開活塞a，緩緩?fù)ㄈ肟諝鈹?shù)分鐘后，稱量乙、丙裝置的質(zhì)量；
⑤計(jì)算．
（2）步驟④中緩緩?fù)ㄈ肟諝鈹?shù)分鐘的目的是

 

（3）某同學(xué)認(rèn)為上述實(shí)驗(yàn)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測得如下數(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

 

．
（5）含有Co（A10₂）₂的玻璃常用作實(shí)驗(yàn)室觀察鉀元素的焰色反應(yīng)，該玻璃的顏色為

 

．
（6）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(zhì)）制取CoCl₂?6H₂O的一種工藝如下：

已知：25℃時

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凈化除雜時，加入H₂O₂發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為

 

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

 

．
③加鹽酸調(diào)整pH為2～3的目的為

 

④操作Ⅱ過程為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾．

Answer 1

考點(diǎn)：探究物質(zhì)的組成或測量物質(zhì)的含量

專題：

分析：（1）②按如圖所示裝置組裝好儀器，應(yīng)首先檢驗(yàn)裝置的氣密性；
③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；
（2）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，以免影響測量結(jié)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(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

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62.00g，生成二氧化碳的質(zhì)量為62.88g-62.00g=0.88g，物質(zhì)的量為

0.88g

44g/mol

=0.02mol，故氧化鈷的質(zhì)量為3.65g-0.36g-0.88g=2.41g，物質(zhì)的量為

2.41g

120g/mol

=0.02mol，根據(jù)Co、H、C元素守恒可知，x：y：z=0.015mol：0.02mol×2：0.02mol=2：4：2，故堿式碳酸鈷的化學(xué)式為Co₂（OH）₄（CO₃）₂；
（5）含有Co（A10₂）₂的玻璃常用作實(shí)驗(yàn)室觀察鉀元素的焰色反應(yīng)，該玻璃為藍(lán)色，可以濾去黃光的干擾；
（6）①三價鐵離子易轉(zhuǎn)化為沉淀，所以要把二價鐵離子氧化為三價鐵離子；
②調(diào)節(jié)溶液的pH值，使溶液中鐵離子和鋁離子生成沉淀，而鈷離子存在溶液中，從而將鐵離子、鋁離子和鈷離子分開；
③加鹽酸調(diào)整pH為2～3的目的是抑制氯化鈷的水解．

解答： 解：（1）②按如圖所示裝置組裝好儀器，應(yīng)首先檢驗(yàn)裝置的氣密性，故答案為：檢驗(yàn)裝置的氣密性；
③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，故答案為：不再有氣泡產(chǎn)生；
（2）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，以免影響測量結(jié)果，
故答案為：將裝置中生成的CO₂和H₂O全部排入乙、丙裝置中；
（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，故答案為：D；活塞a前（或裝置甲前）；
（4）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

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62.00g，生成二氧化碳的質(zhì)量為62.88g-62.00g=0.88g，物質(zhì)的量為

0.88g

44g/mol

=0.02mol，故氧化鈷的質(zhì)量為3.65g-0.36g-0.88g=2.41g，物質(zhì)的量為

2.41g

120g/mol

=0.02mol，根據(jù)Co、H、C元素守恒可知，x：y：z=0.015mol：0.02mol×2：0.02mol=2：4：2，故堿式碳酸鈷的化學(xué)式為Co₂（OH）₄（CO₃）₂，故答案為：Co₂（OH）₄（CO₃）₂；
（5）含有Co（A10₂）₂的玻璃常用作實(shí)驗(yàn)室觀察鉀元素的焰色反應(yīng)，該玻璃為藍(lán)色，可以濾去黃光的干擾，故答案為：藍(lán)色；
（6）①三價鐵離子易轉(zhuǎn)化為沉淀，所以要加入氧化劑過氧化氫把二價鐵離子氧化為三價鐵離子，而不會引入新的雜質(zhì)，反應(yīng)的離子方程式為；2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
②廢料加入鹽酸后生成氯化物，然后加入雙氧水，二價鐵離子被雙氧水氧化生成三價鐵離子，根據(jù)沉淀的pH值表格知，當(dāng)溶液的pH值為5.2時，鐵離子和鋁離子被完全沉淀，當(dāng)溶液的pH值為7.6時，鈷離子才開始產(chǎn)生沉淀，所以要想將鐵離子、鋁離子和鈷離子分離，溶液的pH值應(yīng)該不小于5.2不大于7.6，則操作I獲得的濾渣成分為Fe（OH）₃和Al（OH）₃；
故答案為：Fe（OH）₃和Al（OH）₃；
③加鹽酸調(diào)整pH為2～3的目的為抑制CoCl₂的水解，故答案為：抑制CoCl₂的水解．

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