Question

5．鈷（Co）及其化合物在磁性材料、電池材料、超硬材料及催化劑等領域有廣泛應用．已知鈷屬于鐵系元素，其單質與化合物的性質與鐵相似，其常見化合價有+2和+3．請回答下列問題：
（1）在空氣中加熱CoCO₃可得到黑色Co₃O₄，寫出該反應的化學方程式6CoCO₃+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Co₃O₄+6CO₂．
（2）Co₃O₄與濃鹽酸反應能生成黃綠色氣體，寫出該反應的離子方程式Co₃O₄+8H⁺+2Cl^-═3Co²⁺+Cl₂↑+4H₂O．
（3）常溫下，CoCl₂溶液在堿性條件下可以得到粉紅色Co（OH）₂沉淀．已知當溶液中某離子的濃度≤10^-5mol•L^-1時，就認為該離子不存在，K_sp[Co（OH）₂]=1.0×
10^-15mol³•L^-3．若要使0.1mol•L^-1CoCl₂溶液中的Co²⁺完全沉淀，則溶液pH的控制范圍為≥9．
（4）Co（OH）₂具有較顯著的兩性，在濃的強堿溶液中可以形成[Co（OH）₄]^2-，寫出Co（OH）₂酸式電離的電離方程式Co（OH）₂+2H₂O=[Co（OH）₄]^2-+2H⁺．
（5）Co（OH）₂在空氣中加熱時，樣品質量隨溫度變化的曲線如圖所示，通過分析計算確定：
①1000℃時，固體的成分為CoO．②取800℃時的產(chǎn)物（其中Co的化合價為+2、+3），用480mL5mol•L^-1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．則該鈷氧化物中n（Co²⁺）：n（Co³⁺）=3：2．

Answer 1

分析 （1）在空氣中加熱CoCO₃可以和氧氣反應得到黑色Co₃O₄，據(jù)此書寫方程式；
（2）Co₃O₄與濃鹽酸反應，能生成黃綠色氣體氯氣，同時得到還原產(chǎn)物氯化鈷，據(jù)此回答；
（3）依據(jù)溶度積常數(shù)結合Co²⁺完全沉淀，即c（Co²⁺）＜10^-5 mol•L^-1，計算溶液中氫氧根離子濃度，得到溶液PH；
（4）Co（OH）₂酸式電離電離出氫離子和[Co（OH）₄]^2-，結合氫氧化鋁的兩性來回答；
（5）①1000℃時，Co（OH）₂在空氣中加熱得到的固體質量不再發(fā)生變化，根據(jù)質量變化情況來計算；
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⁺），然后計算鈷氧化物中n（Co²⁺）：n（Co³⁺）．

解答 解：（1）在空氣中加熱CoCO₃可以和氧氣反應得到黑色Co₃O₄，即6CoCO₃+O₂=2Co₃O₄+6CO₂，故答案為：6CoCO₃+O₂=2Co₃O₄+6CO₂；
（2）Co₃O₄與濃鹽酸反應，能生成黃綠色氣體氯氣，同時得到還原產(chǎn)物氯化鈷，發(fā)生反應的離子方程式為：Co₃O₄+8H⁺+2Cl^-═3Co²⁺+Cl₂↑+4H₂O，故答案為：Co₃O₄+8H⁺+2Cl^-═3Co²⁺+Cl₂↑+4H₂O；
（3）Co²⁺完全沉淀，即c（Co²⁺）＜10^-5 mol•L^-1，Ksp=c（Co²⁺）c²（OH^-），溶液中氫氧根離子濃度=$\sqrt{\frac{1.0×1{0}^{-15}}{1{0}^{-5}}}$=10^-5mol/L，所以c（H⁺）=10^-9mol/L，若要使0.1mol•L^-1CoCl₂溶液中的Co²⁺完全沉淀，則溶液pH的控制范圍為≥9，故答案為：≥9；
（4）Co（OH）₂酸式電離電離出氫離子和=[Co（OH）₄]^2-，電離方程式為：Co（OH）₂+2H₂O[Co（OH）₄]^2-+2H⁺，故答案為：Co（OH）₂+2H₂O[Co（OH）₄]^2-+2H⁺；
（5）①由于Co有+2、+3價，原始為Co（OH）₂，相對分子質量為93，得到固體的質量是x，則$\frac{x}{93}$=$\frac{80.65}{100}$，解得x=75，所以得到的固體成分為為CoO，故答案為：CoO．
 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，則鈷氧化物中n（Co²⁺）：n（Co³⁺）=0.64：0.4=3：2；
故答案為：3：2．

點評 本題考查元素化合價的判斷、物質化學式的計算、得失電子守恒規(guī)律的應用、對圖象的分析處理等，注意利用電子守恒和原子守恒計算，難度中等．