Question

（12分）鈷及其化合物廣泛應用于磁性材料、電池材料及超硬材料等領域。

（1）CoxNi(1-x)Fe2O4（其中Co、Ni均為+2）可用作H2O2分解的催化劑，具有較高的活性。

①該催化劑中鐵元素的化合價為 。

②圖1表示兩種不同方法制得的催化劑CoxNi(1-x)Fe2O4在10℃時催化分解6%的H2O2溶液的相對初始速率隨x變化曲線。由圖中信息可知： 法制取得到的催化劑活性更高；Co2+、Ni2+兩種離子中催化效果更好的是 。

（2）草酸鈷是制備鈷的氧化物的重要原料。下圖2為二水合草酸鈷（CoC2O4·2H2O）在空氣中受熱的質(zhì)量變化曲線，曲線中300℃及以上所得固體均為鈷氧化物。

①通過計算確定C點剩余固體的化學成分為 （填化學式）。試寫出B點對應的物質(zhì)與O2在225℃~300℃發(fā)生反應的化學方程式： 。

②取一定質(zhì)量的二水合草酸鈷分解后的鈷氧化物（其中Co的化合價為+2、+3），用480 mL 5 mol/L鹽酸恰好完全溶解固體，得到CoCl2溶液和4.48 L（標準狀況）黃綠色氣體。試確定該鈷氧化物中Co、O的物質(zhì)的量之比。

Answer 1

（1）①+3 ②微波水熱 Co2+

（2）① Co3O4（寫成CoO·Co2O3亦給分） 3CoC2O4 + 2O2 = Co3O4 +6CO2

②由電子守恒：n(Co3+) = 2 n(Cl2) = 0.4 mol（1分）

由電荷守恒：n(Co)總 =n(Co2+)溶液= 0.5 n(Cl－) = 0.5×( 2.4mol－0.2mol×2)= 1 mol

所以固體中的n(Co2+)= 1mol－0.4mol= 0.6 mol（1分）

n(O)=(0.4mol×3+0.6mol×2)÷2=1.2mol（1分）

故n(Co): n(O)=1mol: 1.2mol=5:6（1分）

(除第（1）②小題每空1分，第（2）②小題4分外，其余每空2分，共12分)

【解析】

試題分析：（1）①該催化劑中Co、Ni均為+2價，O為-2價，所以Fe元素的化合價是[8-（2x+2-2x）]/2=+3；

②反應速率越快，則催化劑的催化活性越高，根據(jù)圖像可知，x相同時微波水熱法初始反應速率大于常規(guī)水熱法，所以微波水熱法制取得到的催化劑活性更高；隨x增大，初始速率增大，而x增大，Co2+的比例增大，所以Co2+的催化效果更好；

（2）①由題意知，二水合草酸鈷（CoC2O4·2H2O）的起始質(zhì)量是18.3g，物質(zhì)的量是0.1mol，其中Co元素的質(zhì)量是5.9g，300℃時該固體分解為Co的氧化物，C點固體質(zhì)量是8.03g，則O元素的質(zhì)量是8.03g-5.9g=2.13g，物質(zhì)的量是2.13g/16g/mol=0.133125mol，則該固體中Co與O原子的物質(zhì)的量之比是0.1:0.133125=3:4，所以C點對應固體的化學式是Co3O4；B點對應的物質(zhì)的質(zhì)量是14.70g，與 起始的固體質(zhì)量相比減少18.3-14.7=3.6g，恰好為結(jié)晶水的質(zhì)量，所以B點對應的物質(zhì)是草酸鈷，與O2在225℃~300℃發(fā)生反應生成Co3O4和二氧化碳，所以反應的化學方程式是3CoC2O4 + 2O2 = Co3O4 +6CO2；

②設該鈷的氧化物中+3價Co的原子個數(shù)是x，與鹽酸反應得到的黃綠色氣體為氯氣，物質(zhì)的量是4.48L/22.4L/mol=0.2mol，則反應中失去電子的物質(zhì)的量是0.4mol，Co最終都變?yōu)?2價，則+3價Co得到電子的物質(zhì)的量是x=0.4，480 mL 5 mol/L鹽酸中氯離子的物質(zhì)的量是0.48L×5mol/L=2.4mol，被氧化的氯離子的物質(zhì)的量是0.4mol，所以溶液中還余氯離子的物質(zhì)的量是2.4-0.4=2.0mol，根據(jù)Cl元素守恒，所以CoCl2的物質(zhì)的量是1.0mol，則鈷的氧化物中+2價鈷的物質(zhì)的量是1.0-0.4=0.6mol，根據(jù)正負化合價的代數(shù)和為0，則鈷的氧化物中O元素的物質(zhì)的量是(0.4mol×3+0.6mol×2)/2=1.2mol，所以該鈷氧化物中Co、O的物質(zhì)的量之比為1.0:1.2=5:6.

考點：考查元素化合價的判斷，物質(zhì)化學式的計算，得失電子守恒規(guī)律的應用