Question

12．堿式碳酸鈷[Co_x（OH）_y（CO₃）_z常用作電子材料、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1所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．

（1）請(qǐng)完成下列實(shí)驗(yàn)步驟：
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，并檢驗(yàn)裝置氣密性；
③加熱甲中玻璃管，當(dāng)乙裝置中不再有氣泡產(chǎn)生（填實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象），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．
（2）步驟④中緩緩?fù)ㄈ丝諝鈹?shù)分鐘的目的是將裝置中生成的CO₂和H₂O全部排入乙、丙裝置中．
（3）某同學(xué)認(rèn)為上述實(shí)驗(yàn)裝置中存在一個(gè)明顯缺陷，為解決這一問(wèn)題，可選用圖2裝置中的D（填字母）連接在活塞a前（填裝置連接位置）．
（4）若按正確裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)得如表數(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．
（5）含有Co（AlO₂）₂ 的玻璃常用作實(shí)驗(yàn)室觀察鉀元素的焰色反應(yīng)，該玻璃的顏色為藍(lán)色．
（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的一種工藝如圖3：

已知：

沉淀物	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Co（OH）2	Al（OH）3
開(kāi)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(shí)，加入 H₂O₂發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
②加入CoCO₃ 調(diào)pH為5.2～7.6，則操作1獲得的濾渣成分為Fe（OH）₃、Al（OH）₃．
③加鹽酸調(diào)整pH為2～3的目的為抑制CoCl₂水解．
④操作Ⅱ過(guò)程為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶（填操作名稱(chēng)）、過(guò)濾．

Answer 1

分析 （1）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(cè)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，據(jù)此可以計(jì)算生成水的量；反應(yīng)前丙裝置的質(zhì)量為62.00g，反應(yīng)后質(zhì)量為62.00g，據(jù)此計(jì)算產(chǎn)生二氧化碳的量，得到Co的質(zhì)量和Co原子物質(zhì)的量，根據(jù)Co、H、C元素守恒可知，來(lái)推導(dǎo)堿式碳酸鈷的化學(xué)式；
（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）向含鈷廢料中加入過(guò)量稀鹽酸，F(xiàn)e、Al和稀鹽酸反應(yīng)生成FeCl₂、AlCl₃、CoCl₂，向溶液中加入雙氧水和CoCO₃，雙氧水具有強(qiáng)氧化性，能將亞鐵離子氧化為鐵離子，離子反應(yīng)方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，加入CoCO₃，調(diào)節(jié)溶液的pH至7.6，使Fe（OH）₃、Al（OH）₃生成沉淀，然后過(guò)濾，濾渣為Fe（OH）₃、Al（OH）₃，濾液中含有CoCl₂，然后向?yàn)V液中加入稀鹽酸，抑制CoCl₂水解，然后采用蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶和過(guò)濾方法得到CoCl₂•6H₂O；
①雙氧水具有氧化性，能氧化還原性離子；
②加入CoCO₃調(diào)pH為5.2～7.6，則操作I獲得的濾渣成分為Fe（OH）₃、Al（OH）₃；
③CoCl₂為強(qiáng)酸弱堿鹽，陽(yáng)離子水解導(dǎo)致溶液呈酸性，加入稀鹽酸能抑制水解；
④操作Ⅱ過(guò)程為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾．

解答 解：（1）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(cè)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；
（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$\frac{0.36g}{18g/mol}$=0.02mol；反應(yīng)前丙裝置的質(zhì)量為62.00g，反應(yīng)后質(zhì)量為62.00g，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．
（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）向含鈷廢料中加入過(guò)量稀鹽酸，F(xiàn)e、Al和稀鹽酸反應(yīng)生成FeCl₂、AlCl₃、CoCl₂，向溶液中加入雙氧水和CoCO₃，雙氧水具有強(qiáng)氧化性，能將亞鐵離子氧化為鐵離子，離子反應(yīng)方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，加入CoCO₃，調(diào)節(jié)溶液的pH至7.6，使Fe（OH）₃、Al（OH）₃生成沉淀，然后過(guò)濾，濾渣為Fe（OH）₃、Al（OH）₃，濾液中含有CoCl₂，然后向?yàn)V液中加入稀鹽酸，抑制CoCl₂水解，然后采用蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶和過(guò)濾方法得到CoCl₂•6H₂O；
①雙氧水具有強(qiáng)氧化性，能將亞鐵離子氧化為鐵離子，離子反應(yīng)方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
②加入CoCO₃調(diào)pH為5.2～7.6，則操作I獲得的濾渣成分為Fe（OH）₃、Al（OH）₃，
故答案為：Fe（OH）₃、Al（OH）₃；
③CoCl₂為強(qiáng)酸弱堿鹽，陽(yáng)離子水解導(dǎo)致溶液呈酸性，加入稀鹽酸能抑制水解，所以加入稀鹽酸的目的是抑制CoCl₂水解，故答案為：抑制CoCl₂水解；
④操作Ⅱ過(guò)程為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾，故答案為：冷卻結(jié)晶．

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．