Question

【題目】堿式碳酸鈷[Cox(OH)y(CO3)z]常用作電子材料，磁性材料的添加劑，受熱時可分解生成三種氧化物。為了確定其組成，某化學興趣小組同學設計了如圖所示裝置進行實驗。

（1）請完成下列實驗步驟：

①稱取3.65g樣品置于硬質玻璃管內，稱量乙、丙裝置的質量；

②按如圖所示裝置組裝好儀器，并檢驗裝置氣密性；

③加熱甲中玻璃管，當乙裝置中________________________（填實驗現象），停止加熱；

④打開活塞a，緩緩通入空氣數分鐘后，稱量乙、丙裝置的質量；⑤計算。

（2）步驟④中緩緩通入空氣數分鐘的目的是_________________________________________。

（3）某同學認為上述實驗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）連接在裝置______之前（填“甲”或“乙”或“丙”或“丁”）。

（4）若按正確裝置進行實驗，測得如下數據：則該堿式碳酸鈷的化學式為______________。

	乙裝置的質量/g	丙裝置的質量/g
加熱前	80.00	62.00
加熱后	80.36	62.88

（5）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）制取CoCl2·6H2O的一種工藝如下：

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凈化除雜質時，加入H2O2發生反應的離子方程式為__________________________________。

②加入CoCO3調pH除雜得到濾渣Al(OH)3、Fe(OH)3，則pH應調節至_____。（填pH值的范圍）

③加鹽酸調整pH為2～3的目的為_____________________________________。

④操作Ⅱ過程為_________________________________（填操作名稱）、過濾。

Answer 1

【答案】不再有氣泡產生時 將裝置中產生的CO2和H2O(g)全部排入乙、丙裝置中 D 甲 Co3(OH)4(CO3)2 2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O 5.2～7.6 抑制CoCl2的水解 蒸發濃縮、冷卻結晶

【解析】

（1）加熱甲中玻璃管，當乙裝置中不再有氣泡產生，即堿式碳酸鈷分解完畢；
（2）步驟④中緩緩通入空氣數分鐘，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）向含鈷廢料中加入過量稀鹽酸，Fe、Al和稀鹽酸反應生成FeCl2、AlCl3、CoCl2，向溶液中加入雙氧水和CoCO3，雙氧水具有強氧化性，能將亞鐵離子氧化為鐵離子，離子反應方程式為2Fe2++H2O2+2H+＝2Fe3++2H2O，加入CoCO3，調節溶液的pH至7.6，使Fe(OH)3、Al(OH)3生成沉淀，然后過濾，濾渣為Fe(OH)3、Al(OH)3，濾液中含有CoCl2，然后向濾液中加入稀鹽酸，抑制CoCl2水解，然后采用蒸發濃縮、冷卻結晶和過濾方法得到CoCl26H2O；
①雙氧水具有氧化性，能氧化還原性離子；
②加入CoCO3調pH為5.27.6，則操作I獲得的濾渣成分為Fe(OH)3、Al(OH)3；
③CoCl2為強酸弱堿鹽，陽離子水解導致溶液呈酸性，加入稀鹽酸能抑制水解；
④操作Ⅱ過程為蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾。

（1）③加熱甲中玻璃管，當乙裝置中不再有氣泡產生，即堿式碳酸鈷分解完畢；

故答案為：不再有氣泡產生時；

（2）步驟④中緩緩通入空氣數分鐘，將裝置中生成的和全部排入乙、丙裝置中，以免影響測量結果；

故答案為：將裝置中產生的和(g)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吸收空氣中的水蒸氣和二氧化碳，以免影響實驗結果；

故答案為：D；甲；

（4）堿式碳酸鈷樣品3.65g，反應前乙裝置的質量為80.00g，反應后質量為80.36g，故生成水的質量為0.36g，物質的量為0.02mol；反應前丙裝置的質量為62.00g，反應后質量為62.88g，生成二氧化碳的質量為0.88g，物質的量為0.02mol；故Co的質量為 ，故Co原子物質的量為：

，根據Co、H、C元素守恒可知， ，故化學式為 ；

故答案為：；

(5) ①三價鐵離子易轉化為沉淀，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，反應的離子方程式為：，

故答案為：；

②根據沉淀的pH值表格知，當溶液的pH值為5.2時，鐵離子和鋁離子被完全沉淀，當溶液的pH值為7.6時，鈷離子才開始產生沉淀，所以要想將鐵離子、鋁離子和鈷離子分離，溶液的pH值應該不小于5.2不大于7.6；

故答案為：5.2～7.6；

③加鹽酸調整pH為23的目的為抑制的水解；

故答案為：抑制的水解；

④操作Ⅱ過程為的溶質結晶的過程，利用蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾得到，

故答案為：蒸發濃縮、冷卻結晶。