Question

【题目】碱式碳酸钴[Cox(OH)y(CO3)z]常用作电子材料，磁性材料的添加剂，受热时可分解生成三种氧化物。为了确定其组成，某化学兴趣小组同学设计了如图所示装置进行实验。

（1）请完成下列实验步骤：

①称取3.65g样品置于硬质玻璃管内，称量乙、丙装置的质量；

②按如图所示装置组装好仪器，并检验装置气密性；

③加热甲中玻璃管，当乙装置中________________________（填实验现象），停止加热；

④打开活塞a，缓缓通入空气数分钟后，称量乙、丙装置的质量；⑤计算。

（2）步骤④中缓缓通入空气数分钟的目的是_________________________________________。

（3）某同学认为上述实验装置中存在一个明显缺陷，为解决这一问题，可选用下列装置中的____（填字母）连接在装置______之前（填“甲”或“乙”或“丙”或“丁”）。

（4）若按正确装置进行实验，测得如下数据：则该碱式碳酸钴的化学式为______________。

	乙装置的质量/g	丙装置的质量/g
加热前	80.00	62.00
加热后	80.36	62.88

（5）CoCl2·6H2O常用作多彩水泥的添加剂，以含钴废料（含少量Fe、Al等杂质）制取CoCl2·6H2O的一种工艺如下：

已知：

沉淀物	Fe(OH)3	Fe(OH)2	Co(OH)2	Al(OH)3
开始沉淀(pH)	2.3	7.5	7.6	3.4
完全沉淀（pH）	4.1	9.7	9.2	5.2

①净化除杂质时，加入H2O2发生反应的离子方程式为__________________________________。

②加入CoCO3调pH除杂得到滤渣Al(OH)3、Fe(OH)3，则pH应调节至_____。（填pH值的范围）

③加盐酸调整pH为2～3的目的为_____________________________________。

④操作Ⅱ过程为_________________________________（填操作名称）、过滤。

Answer 1

【答案】不再有气泡产生时 将装置中产生的CO2和H2O(g)全部排入乙、丙装置中 D 甲 Co3(OH)4(CO3)2 2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O 5.2～7.6 抑制CoCl2的水解 蒸发浓缩、冷却结晶

【解析】

（1）加热甲中玻璃管，当乙装置中不再有气泡产生，即碱式碳酸钴分解完毕；
（2）步骤④中缓缓通入空气数分钟，将装置中生成的CO2和H2O全部排入乙、丙装置中，以免影响测量结果；
（3）在活塞a前，加装装置D，装置中盛放的碱石灰容易吸收空气中的水蒸气和二氧化碳；
（4）向含钴废料中加入过量稀盐酸，Fe、Al和稀盐酸反应生成FeCl2、AlCl3、CoCl2，向溶液中加入双氧水和CoCO3，双氧水具有强氧化性，能将亚铁离子氧化为铁离子，离子反应方程式为2Fe2++H2O2+2H+＝2Fe3++2H2O，加入CoCO3，调节溶液的pH至7.6，使Fe(OH)3、Al(OH)3生成沉淀，然后过滤，滤渣为Fe(OH)3、Al(OH)3，滤液中含有CoCl2，然后向滤液中加入稀盐酸，抑制CoCl2水解，然后采用蒸发浓缩、冷却结晶和过滤方法得到CoCl26H2O；
①双氧水具有氧化性，能氧化还原性离子；
②加入CoCO3调pH为5.27.6，则操作I获得的滤渣成分为Fe(OH)3、Al(OH)3；
③CoCl2为强酸弱碱盐，阳离子水解导致溶液呈酸性，加入稀盐酸能抑制水解；
④操作Ⅱ过程为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤。

（1）③加热甲中玻璃管，当乙装置中不再有气泡产生，即碱式碳酸钴分解完毕；

故答案为：不再有气泡产生时；

（2）步骤④中缓缓通入空气数分钟，将装置中生成的和全部排入乙、丙装置中，以免影响测量结果；

故答案为：将装置中产生的和(g)全部排入乙、丙装置中；

（3）在活塞a前，加装装置D，装置中盛放的碱石灰吸收空气中的水蒸气和二氧化碳，以免影响实验结果；

故答案为：D；甲；

（4）碱式碳酸钴样品3.65g，反应前乙装置的质量为80.00g，反应后质量为80.36g，故生成水的质量为0.36g，物质的量为0.02mol；反应前丙装置的质量为62.00g，反应后质量为62.88g，生成二氧化碳的质量为0.88g，物质的量为0.02mol；故Co的质量为 ，故Co原子物质的量为：

，根据Co、H、C元素守恒可知， ，故化学式为 ；

故答案为：；

(5) ①三价铁离子易转化为沉淀，所以要加入氧化剂过氧化氢把二价铁离子氧化为三价铁离子，而不会引入新的杂质，反应的离子方程式为：，

故答案为：；

②根据沉淀的pH值表格知，当溶液的pH值为5.2时，铁离子和铝离子被完全沉淀，当溶液的pH值为7.6时，钴离子才开始产生沉淀，所以要想将铁离子、铝离子和钴离子分离，溶液的pH值应该不小于5.2不大于7.6；

故答案为：5.2～7.6；

③加盐酸调整pH为23的目的为抑制的水解；

故答案为：抑制的水解；

④操作Ⅱ过程为的溶质结晶的过程，利用蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到，

故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶。