Question

10．利用鈷渣[含Co₂0₃•CoO、少量Fe₂O₃等金屬氧化物，氧化性：Co³⁺＞Fe³⁺]，制備鈷氧化物的工藝流程如圖：

（1）Co₂0₃“溶解還原”的離子方程式為Co₂O₃+SO₃^2-+4H⁺=2Co²⁺+SO₄^2-+2H₂O．
（2）將浸液在空氣中攪拌，生成紅褐色絮狀物，用離子方程式表示過程變化4Fe²⁺+O₂+10H₂O=4Fe（OH）₃↓+8H⁺．然后加入NH₄HCO₃調(diào)節(jié)pH=3.7～8時(shí)有大量紅褐色沉淀生成，解釋其原因加入NH₄HCO₃調(diào)節(jié)pH=3.7～8時(shí)則促進(jìn)鐵離子的水解，因而有大量紅褐色沉淀生成．
（3）以石墨做電極，電解CoSO₄和CuSO₄的混合溶液可以制得Co₂O₃．陽極發(fā)生的電極反應(yīng)式為2Co²⁺-2e^-+3H₂O=Co₂O₃+6H⁺，觀察到陰極石墨電極上包裹銅層；若電解液中不加入CuSO₄時(shí)，出現(xiàn)的主要問題是陰極上Co³⁺獲得電子生成Co²⁺，Co²⁺的利用率降低．
（4）在空氣中煅燒CoC₂O₄•2H₂O（M為183g/mol），在不同溫度下分別得到一種固體物質(zhì)，充分煅燒5.49g該晶體，測(cè)得其殘留質(zhì)量如表：

溫度范圍（℃）	殘留固體質(zhì)量（g）
150～210	4.41
290～320	2.41
890～920	2.25

經(jīng)測(cè)定，210℃～320℃過程中，產(chǎn)生的氣體只有CO₂，則此過程發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式為3CoC₂O₄+2O₂$\frac{\underline{\;210℃～320℃\;}}{\;}$Co₃O₄+6CO₂．

Answer 1

分析 利用鈷渣[含Co₂0₃•CoO、少量Fe₂O₃等金屬氧化物，制備鈷氧化物的工藝流程為，將鈷渣加硫酸溶解后為鈷離子和鐵離子等，鈷離子和鐵離子與亞硫酸鈉發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成亞鈷離子和亞鐵離子，調(diào)節(jié)溶液的pH值，將浸液在空氣中攪拌，使亞鐵離子生成氫氧化鐵沉淀，過濾后在濾液中加入草酸銨調(diào)節(jié)溶液pH值，生成草酸鈷晶體沉淀，煅燒CoC₂O₄晶體生成鈷氧化物，
（1）Co₂0₃與亞硫酸根反應(yīng)生成鈷離子和硫酸根離子；
（2）亞鐵離子被空氣中氧氣氧化成鐵離子水解得到氫氧化鐵，然后加入NH₄HCO₃調(diào)節(jié)pH=3.7～8時(shí)則促進(jìn)鐵離子的水解，因而有大量紅褐色沉淀生成；
（3）以石墨做電極，電解CoSO₄和CuSO₄的混合溶液，陽極上亞鈷離子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧化鈷，陰極上銅離子放電生成銅，若電解液中不加入CuSO₄，陰極上Co³⁺獲得電子生成Co²⁺，Co²⁺的利用率降低；
（4）計(jì)算晶體物質(zhì)的量n=$\frac{5.49g}{183g/mol}$=0.03mol，失去結(jié)晶水應(yīng)為0.06mol，固體質(zhì)量變化=0.06mol×18g/mol=1.08g，圖表數(shù)據(jù)可知，150℃～210℃固體質(zhì)量變化=5.49g-4.41g=1.08g，說明210℃失去結(jié)晶水得到CoC₂O₄；210℃～320℃過程中是CoC₂O₄發(fā)生的反應(yīng)，210℃～320℃過程中產(chǎn)生的氣體只有CO₂ ，依據(jù)元素守恒得到生成CO₂物質(zhì)的量為0.06mol，質(zhì)量=0.06mol×44g/mol=2.64g，氣體質(zhì)量共計(jì)減小=4.41g-2.41g=2g，說明不是分解反應(yīng)，參加反應(yīng)的還有氧氣，則反應(yīng)的氧氣質(zhì)量=2.64g-2g=0.64g，O₂物質(zhì)的量=$\frac{0.064g}{32g/mol}$=0.02mol，依據(jù)原子守恒配平書寫反應(yīng)的化學(xué)方程式，據(jù)此書寫化學(xué)方程式；

解答 解：（1）Co₂0₃與亞硫酸根反應(yīng)生成鈷離子和硫酸根離子，反應(yīng)的離子方程式為Co₂O₃+SO₃^2-+4H⁺=2Co²⁺+SO₄^2-+2H₂O，
故答案為：Co₂O₃+SO₃^2-+4H⁺=2Co²⁺+SO₄^2-+2H₂O；
（2）亞鐵離子被空氣中氧氣氧化成鐵離子水解得到氫氧化鐵反應(yīng)的離子方程式為4Fe²⁺+O₂+10H₂O=4Fe（OH）₃↓+8H⁺，然后加入NH₄HCO₃調(diào)節(jié)pH=3.7～8時(shí)則促進(jìn)鐵離子的水解，因而有大量紅褐色沉淀生成，
故答案為：4Fe²⁺+O₂+10H₂O=4Fe（OH）₃↓+8H⁺；加入NH₄HCO₃調(diào)節(jié)pH=3.7～8時(shí)則促進(jìn)鐵離子的水解，因而有大量紅褐色沉淀生成；
（3）以石墨做電極，電解CoSO₄和CuSO₄的混合溶液，陽極上亞鈷離子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧化鈷，電極反應(yīng)式為2Co²⁺-2e^-+3H₂O=Co₂O₃+6H⁺，陰極上銅離子放電生成銅，若電解液中不加入CuSO₄，陰極上Co³⁺獲得電子生成Co²⁺，Co²⁺的利用率降低，
故答案為：2Co²⁺-2e^-+3H₂O=Co₂O₃+6H⁺； 陰極上Co³⁺獲得電子生成Co²⁺，Co²⁺的利用率降低；
（4）計(jì)算晶體物質(zhì)的量n=$\frac{5.49g}{183g/mol}$=0.03mol，失去結(jié)晶水應(yīng)為0.06mol，固體質(zhì)量變化=0.06mol×18g/mol=1.08g，圖表數(shù)據(jù)可知，150℃～210℃固體質(zhì)量變化=5.49g-4.41g=1.08g，說明210℃失去結(jié)晶水得到CoC₂O₄；210℃～320℃過程中是CoC₂O₄發(fā)生的反應(yīng)，210℃～320℃過程中產(chǎn)生的氣體只有CO₂ ，依據(jù)元素守恒得到生成CO₂物質(zhì)的量為0.06mol，質(zhì)量=0.06mol×44g/mol=2.64g，氣體質(zhì)量共計(jì)減小=4.41g-2.41g=2g，說明不是分解反應(yīng)，參加反應(yīng)的還有氧氣，則反應(yīng)的氧氣質(zhì)量=2.64g-2g=0.64g，O₂物質(zhì)的量=$\frac{0.064g}{32g/mol}$=0.02mol，則：n（CoC₂O₄）：n（O₂）：n（CO₂）=0.03：0.02：0.06=3：2：6，
方程式計(jì)量系數(shù)之比等于轉(zhuǎn)化量之比，所以該反應(yīng)的方程式為：3CoC₂O₄+2O₂$\frac{\underline{\;210℃～320℃\;}}{\;}$Co₃O₄+6CO₂，
故答案為：3CoC₂O₄+2O₂$\frac{\underline{\;210℃～320℃\;}}{\;}$Co₃O₄+6CO₂；

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)的分離和提純，側(cè)重考查學(xué)生分析判斷能力，涉及氧化還原反應(yīng)、離子反應(yīng)等知識(shí)點(diǎn)，為高頻考點(diǎn)，明確流程圖中發(fā)生的反應(yīng)及基本操作、確定各個(gè)階段固體成分及先后分解生成物成分是解本題關(guān)鍵，題目難度中等．