Question

14．氯化鈷（CoCl₂）可溶于水，常用作濕度和水分的指示劑，工業(yè)上也可用于制取鈷．
（1）鈷元素的常見化合價與鐵元素相同．往CoCl₂溶液中加入NaOH溶液產(chǎn)生粉紅色沉淀，露置于空氣中一段時間后，沉淀變?yōu)樽睾稚��?br />①化合態(tài)鈷的常見化合價有+2、+3．
②沉淀由粉紅色變?yōu)樽睾稚�反�?yīng)的化學方程式為4Co（OH）₂+2H₂O+O₂=4Co（OH）₃．
（2）將CoCl₂溶于濃鹽酸中能形成[CoCl₄]^2-，溶液中存在平衡：[Co（H₂O）₆]²⁺+4Cl^-?[CoCl₄]^2-+6H₂O
T₁℃時，將0.025mol CoCl₂•6H₂O溶于50mL 12mol/L濃鹽酸中，再加水稀釋至100mL．溶液中c（Cl^-）與溫度（T）的關(guān)系如圖1所示．

①T₁℃時，取10mL上述溶液稀釋至l00mL，稀釋后的溶液中c（Cl^-）＞0.6mol•L^-1（填“＞”“=”或“＜”）．
②由圖可知，上述反應(yīng)的△H＞0（填“＞”“=”或“＜”）．
③根據(jù)A點數(shù)據(jù)，計算出T1℃時上述反應(yīng)的平衡常數(shù)為7.72×10^-4L⁴/mol⁴．
（3）采用圖2所示裝置（Ti-Ru電極為惰性電極）電解CoCl₂溶液制取鈷．Co能與強酸反應(yīng)產(chǎn)生H₂，不利于Co的沉積，故電解過程中，CoCl₂溶液的pH通常控制在3.9～4.2．
①Co沉積在Ti（填“Ti-Ru”或“Ti”） 電極上．
②CoCl₂溶液中常含有少量Cu²⁺、Fe³⁺、Na⁺等，為提高產(chǎn)品的純度和電流效率，電解前必須將其中的Cu²⁺、Fe³⁺（填離子符號）除去．
③若用CoSO₄溶液代替CoCl₂溶液，會使產(chǎn)率降低．其原因是OH^-在陽極放電，使溶液的pH降低．

Answer 1

分析 （1）①化合態(tài)Co的常見化合價為+2、+3；
②往CoCl₂溶液中加入NaOH溶液產(chǎn)生粉紅色沉淀，粉紅色沉淀為Co（OH）₂，露置于空氣中一段時間后，Co（OH）₂被氧化，沉淀變?yōu)樽睾稚獵o（OH）₃，據(jù)此寫出化學方程式；
（2）①T₁℃時，取10mL上述溶液稀釋至l00mL，稀釋加入水，使化學平衡逆向移動，產(chǎn)生更多的Cl^-；
②溫度升高，溶液中c（Cl^-）降低，化學平衡正向移動；
③A點時，溶液中c（Cl^-）=6mol/L，將各組分平衡濃度代入平衡常數(shù)表達式計算；
（3）①Co²⁺轉(zhuǎn)化為Co沉積，為得電子反應(yīng)，反應(yīng)應(yīng)在電解池陰極發(fā)生反應(yīng)，與外電源負極相連的電極為陰極；
②CoCl₂溶液中常含有少量Cu²⁺、Fe³⁺、Na⁺等，電解時優(yōu)先放電的有Cu²⁺和Fe³⁺，消耗電能，則電解前應(yīng)先除去；
③若用CoSO₄溶液代替CoCl₂溶液，會使產(chǎn)率降低，考慮放電順序OH^-優(yōu)先于SO₄^2-．

解答 解：（1）化合態(tài)Co的常見化合價為+2、+3，
故答案為：+2、+3；
（2）往CoCl₂溶液中加入NaOH溶液產(chǎn)生粉紅色沉淀，粉紅色沉淀為Co（OH）₂，露置于空氣中一段時間后，Co（OH）₂被氧化，沉淀變?yōu)樽睾稚獵o（OH）₃，則沉淀由粉紅色變?yōu)樽睾稚�反�?yīng)的化學方程式為：
4Co（OH）₂+2H₂O+O₂=4Co（OH）₃，
故答案為：4Co（OH）₂+2H₂O+O₂=4Co（OH）₃；
（2）①T₁℃時，取10mL上述溶液稀釋至l00mL，稀釋加入水，反應(yīng)物整體濃度減小幅度更大，使化學平衡逆向移動，產(chǎn)生更多的Cl^-，則稀釋后的溶液中c（Cl^-）＞0.6mol/L，
故答案為：＞；
②溫度升高，溶液中c（Cl^-）降低，化學平衡正向移動，則正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，所以反應(yīng)的△H＞0，
故答案為：＞；
③A點時，溶液中c（Cl^-）=6mol/L，將0.025mol CoCl₂•6H₂O溶于50mL 12mol/L濃鹽酸中，再加水稀釋至100mL，反應(yīng)方程式為：[Co（H₂O）₆]²⁺+4Cl^-?[CoCl₄]^2-+6H₂O，起始時c（Co²⁺）=$\frac{0.025mol}{0.1L}$=0.25mol/L，c（Cl^-）=$\frac{12×50×1{0}^{-3}+0.025×2}{100×1{0}^{-3}}$=6.5mol/L，平衡時c（Cl^-）=6mol/L，根據(jù)反應(yīng)方程式，則c（Co²⁺）=0.25-0.5×$\frac{1}{4}$=0.125mol/L，c（CoCl₄^2-）=0.125mol/L，則反應(yīng)的平衡常數(shù)為K=$\frac{c（CoC{l}_{4}^{2-}）}{{c}^{4}（C{l}^{-}）c[Co（{H}_{2}O）_{6}^{2+}）}$=$\frac{0.125mol/L}{0.125mol/L×（6mol/L）^{4}}$=7.72×10^-4L⁴/mol⁴，
故答案為：7.72×10^-4L⁴/mol⁴；
（3）①Co²⁺轉(zhuǎn)化為Co沉積，為得電子反應(yīng)，反應(yīng)應(yīng)在電解池陰極發(fā)生反應(yīng)，與外電源負極相連的電極為陰極，則Co沉積在Ti電極上，
故答案為：Ti；
②CoCl₂溶液中常含有少量Cu²⁺、Fe³⁺、Na⁺等，電解時優(yōu)先放電的有Cu²⁺和Fe³⁺，消耗電能，則電解前應(yīng)先除去，
故答案為：Cu²⁺、Fe³⁺；
③若用CoSO₄溶液代替CoCl₂溶液，會使產(chǎn)率降低，考慮放電順序OH^-優(yōu)先于SO₄^2-，OH^-在陽極放電，使溶液的pH降低，從而使產(chǎn)率降低，
故答案為：OH^-在陽極放電，使溶液的pH降低．

點評 本題考查化學原理知識，包含氧化還原反應(yīng)方程式的書寫和配平，化學平衡常數(shù)的計算，化學平衡的移動，電化學知識，離子放電順序，均為高頻考點，題目難度中等，試題有助于培養(yǎng)綜合分析問題的能力．