Question

【题目】钴及其化合物广泛应用于磁性材料、电池材料及超硬材料等领域。

（1）CoxNi(1-x)Fe2O4（其中Co、Ni均为+2）可用作H2O2分解的催化剂，具有较高的活性。

①该催化剂中铁元素的化合价为______。

②图1表示两种不同方法制得的催化剂CoxNi(1-x)Fe2O4在10℃时催化分解6%的H2O2溶液的相对初始速率随x变化曲线。由图中信息可知：______________法制取得到的催化剂活性更高；Co2+、Ni2+两种离子中催化效果更好的是______。

（2）草酸钴是制备钴的氧化物的重要原料。下图2为二水合草酸钴（CoC2O4·2H2O）在空气中受热的质量变化曲线，曲线中300℃及以上所得固体均为钴氧化物。

①通过计算确定A点剩余固体的化学成分为________________（填化学式）。试写出B点对应的物质与O2在225℃~300℃发生反应的化学方程式：_________________________________________。

②取一定质量的二水合草酸钴分解后的钴氧化物（其中Co的化合价为+2、+3），用480 mL 5 mol/L盐酸恰好完全溶解固体，得到CoCl2溶液和4.48 L（标准状况）黄绿色气体。试确定该钴氧化物中Co、O的物质的量之比为___________。

Answer 1

【答案】+3 微波水热 Co2+ Co3O4（写成CoO·Co2O3亦给分） 3CoC2O4+ 2O2= Co3O4+6CO2 5:6

【解析】

（1）①根据化合价代数和为0计算Fe的化合价，CoxNi(1-x)Fe2O4中Co、Ni均为+2，O为-2价，则Fe的化合价为=+3；

②过氧化氢的分解速率越大，催化剂活性更高，根据图象可知，x相同时，微波水热法初始速度大于常规水热法，所以微波水热法制得催化剂的活性更高；由图可知，随x值越大，过氧化氢的分解速率越大，而x增大，Co2+的比例增大，所以Co2+的催化活性更高；

（2）①由图可知，CoC2O4·2H2O的质量为18.3g，物质的量为 =0.1mol，Co元素质量为5.9g，C点钴氧化物质量为8.03g，氧化物中氧元素质量为8.03g-5.9g=2.13g，则氧化物中Co原子与O原子物质的量之比为0.1mol：mol≈3：4，所以C的Co氧化物为Co3O4；B点对应物质的质量为14.7g，与其起始物质的质量相比减少18.3g-14.7g=3.6g，为结晶水的质量，所以B点物质为CoC2O4，与氧气反应生成Co3O4与二氧化碳，反应方程式为3CoC2O4 + 2O2 = Co3O4 +6CO2；

②由电子守恒：n(Co3+) = 2 n(Cl2) = 0.4 mol，由电荷守恒：n(Co)总 =n(Co2+)溶液= 0.5 n(Cl－) = 0.5×( 2.4mol－0.2mol×2)= 1 mol，所以固体中的n(Co2+)= 1mol－0.4mol= 0.6 mol；n(O)==1.2mol，所以n(Co): n(O)=1mol: 1.2mol=5：6。