Question

10．鈷及其化合物廣泛應用于磁性材料、電池材料及超硬材料等領域．
（1）Co_xNi_（1-x）Fe₂O₄（其中Co、Ni均為+2）可用作H₂O₂分解的催化劑，具有較高的活性．
①該催化劑中鐵元素的化合價為+3．
②圖1表示兩種不同方法制得的催化劑Co_xNi_（1-x）Fe₂O₄在10℃時催化分解6%的H₂O₂溶液的相對初始速率隨x變化曲線．由圖中信息可知：微波水熱法制取得到的催化劑活性更高；Co²⁺、Ni²⁺兩種離子中催化效果更好的是Co²⁺．
（2）草酸鈷是制備鈷的氧化物的重要原料．下圖2為二水合草酸鈷（CoC₂O₄•2H₂O）在空氣中受熱的質(zhì)量變化曲線，曲線中300℃及以上所得固體均為鈷氧化物．
①通過計算確定C點剩余固體的化學成分為Co₃O₄（填化學式）．試寫出B點對應的物質(zhì)與O₂在225℃～300℃發(fā)生反應的化學方程式：3CoC₂O₄+2O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Co₃O₄+6CO₂．

②取一定質(zhì)量的二水合草酸鈷分解后的鈷氧化物（其中Co的化合價為+2、+3），用480mL 5mol/L鹽酸恰好完全溶解固體，得到CoCl₂溶液和4.48L（標準狀況）黃綠色氣體．試確定該鈷氧化物中Co、O的物質(zhì)的量之比．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)化合價代數(shù)和為0計算Fe的化合價；
②過氧化氫的分解速率越大，催化劑活性更高；隨x值越大，過氧化氫的分解速率越大，而x增大，Co²⁺的比例增大；
（2）①由圖可知，CoC₂O₄•2H₂O的質(zhì)量為18.3g，其我知道可為0.1mol，Co元素質(zhì)量為5.9g，C點鈷氧化物質(zhì)量為8.03g，氧化物中氧元素質(zhì)量為8.03g-5.9g=2.13g，則氧化物中Co原子與O原子物質(zhì)的量之比為0.1mol：$\frac{2.13g}{16g/mol}$≈3：4，故C的Co氧化物為Co₃O₄；
B點對應物質(zhì)的質(zhì)量為14.7g，與其起始物質(zhì)的質(zhì)量相比減少18.3g-14.7g=3.6g，為結晶水的質(zhì)量，故B點物質(zhì)為CoC₂O₄，與氧氣反應生成Co₃O₄與二氧化碳；
②由電子守恒：n（Co³⁺）=2 n（Cl₂），由電荷守恒：n（Co原子）_總=n（Co²⁺）_溶液=$\frac{1}{2}$n（Cl^-），聯(lián)立計算n_氧化物（Co²⁺），根據(jù)化合價電荷守恒為0計算氧化物中n（O），進而計算氧化物中n（Co）：n（O）．

解答 解：（1）①Co_xNi_（1-x）Fe₂O₄中Co、Ni均為+2，O為-2價，則Fe的化合價為$\frac{4×2-（2x+2-2x）}{2}$=+3，
故答案為：+3；
②過氧化氫的分解速率越大，催化劑活性更高，根據(jù)圖象可知，x相同時，微波水熱法初始速度大于常規(guī)水熱法，故微波水熱法制得催化劑的活性更高；
由圖可知，隨x值越大，過氧化氫的分解速率越大，而x增大，Co²⁺的比例增大，故Co²⁺的催化活性更高，
故答案為：微波水熱；Co²⁺；
（2）①由圖可知，CoC₂O₄•2H₂O的質(zhì)量為18.3g，其我知道可為0.1mol，Co元素質(zhì)量為5.9g，C點鈷氧化物質(zhì)量為8.03g，氧化物中氧元素質(zhì)量為8.03g-5.9g=2.13g，則氧化物中Co原子與O原子物質(zhì)的量之比為0.1mol：$\frac{2.13g}{16g/mol}$≈3：4，故C的Co氧化物為Co₃O₄；
B點對應物質(zhì)的質(zhì)量為14.7g，與其起始物質(zhì)的質(zhì)量相比減少18.3g-14.7g=3.6g，為結晶水的質(zhì)量，故B點物質(zhì)為CoC₂O₄，與氧氣反應生成Co₃O₄與二氧化碳，反應方程式為：3CoC₂O₄+2O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Co₃O₄+6CO₂，
故答案為：Co₃O₄；3CoC₂O₄+2O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Co₃O₄+6CO₂；
②由電子守恒：n（Co³⁺）=2 n（Cl₂）=2×$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$=0.4 mol，
由電荷守恒：n（Co原子）_總=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，所以固體中的n（Co²⁺）=1mol-0.4mol=0.6 mol，
根據(jù)化合價電荷守恒為0，氧化物中n（O）=（0.6mol×2+0.4mol×3）÷2=1.2mol，
故該鈷氧化物中n（Co）：n（O）=1mol：1.2mol=5：6，
答：該鈷氧化物中Co、O的物質(zhì)的量之比為5：6．

點評 本題考查元素化合價的判斷、物質(zhì)化學式的計算、得失電子守恒規(guī)律的應用、對圖象的分析處理等，需要學生具備知識的基礎，難度中等．