Question

3．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Co₂（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．
④操作Ⅱ過程為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶（填操作名稱）、過濾．

Answer 1

分析 （1）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(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，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；
（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）鈷廢料含少量Fe、Al等雜質(zhì)，含鈷廢料加入鹽酸加熱酸浸，得到溶液中含有氯化亞鐵，氯化鋁氯化鈷等，加入過氧化氫氧化亞鐵離子為鐵離子，加入碳酸鈷調(diào)節(jié)溶液PH使鐵離子和鋁離子全部沉淀，過濾得到濾液中加入鹽酸調(diào)節(jié)溶液PH值通過2-3，抑制鈷離子水解，蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾得到氯化鈷晶體；
①三價(jià)鐵離子易轉(zhuǎn)化為沉淀，所以要把二價(jià)鐵離子氧化為三價(jià)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；
④分析可知操作Ⅱ過程為的溶質(zhì)晶體的過程，利用蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾得到．

解答 解：（1）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(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（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$\frac{0.36g}{18g/mol}$=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；
（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(jià)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(jià)鐵離子氧化為三價(jià)鐵離子，而不會(huì)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(jià)鐵離子被雙氧水氧化生成三價(jià)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(shí)，鐵離子和鋁離子被完全沉淀，當(dāng)溶液的pH值為7.6時(shí)，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；
④操作Ⅱ過程為的溶質(zhì)晶體的過程，利用蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾得到，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)用分析解決問題的能力