Question

14．有报道称Co₃O₄能催化N₂O分解，其中₂₇Co在元素周期表中属于铁系元素，其单质及化合物的性质与铁有很多相似之处．
（1）钴元素在周期表中的位置是第四周期第VIII族；Co₃O₄中Co的化合价为+2，+3．
（2）Co₃O₄能与浓盐酸反应生成黄绿色气体，写出反应的化学方程式：Co₃O₄+8HCl（浓）=3CoCl₂+Cl₂↑+4H₂O．实验反应中若消耗10mol•L^-1浓盐酸40mL，则反应中转移电子0.1mol，产生气体的标准状况下体积为1120mL．
（3）下列关于Co₃O₄催化N₂O分解的说法正确的是CD（填序号）．
A．Co₃O₄作为催化剂使N₂O分解反应的△H增大
B．Co₃O₄作为催化剂使N₂O分解反应的△H减少
C．Co₃O₄作为催化剂使N₂O分解反应的△H不变
D．Co₃O₄作为催化剂使N₂O分解反应的途径改变，降低了反应所需能量
E．Co₃O₄作为催化剂使N₂O分解反应的途径改变，增加了反应所需能量
（4）实验测得：Co（OH）₂在空气中加热时，可得到不同价态的氧化物．固体残留率（剩余固体质量与原始固体质量比率）随温度的变化如图所示．已知钴的氢氧化物加热至290℃时已完全脱水．通过分析数据确定：在B、C之间（500℃-1000℃）范围内，剩余固体成分为：CoO．

Answer 1

分析 （1）钴元素在周期表中位于第四周期第VIII族；根据化合价的代数和为0来分析；
（2）Co₃O₄能与浓盐酸反应生成黄绿色气体，说明Co₃O₄做氧化剂被还原，据此书写化学方程式；根据氯元素的化合价的变化来分析转移的电子的物质的量和生成气体的体积；
（3）催化剂参与反应，改变了反应路径，但反应热△H取决于反应物总能量和生成物总能量的相对大小，与反应路径无关，据此分析；
（4）根据质量守恒定律，在变化过程中，Co的质量没有变，通过题给数据看，在1000℃是Co（OH）₂完全分解，则产物CoO．

解答 解：（1）钴元素在周期表中位于第四周期第VIII族；根据化合价的代数和为0，可知钴元素为+$\frac{8}{3}$价，结合Fe₃O₄的化合价的情况可知，钴元素既有+2价又有+3价，
故答案为：第四周期第VIII族；+2，+3；
（2）Co₃O₄能与浓盐酸反应生成黄绿色气体，说明Co₃O₄做氧化剂，将HCl中的氯元素氧化为氯气，Co₃O₄被还原为CoCl₂，故书写化学方程式为：Co₃O₄+8HCl（浓）=3CoCl₂+Cl₂↑+4H₂O；根据反应可知，当8mol盐酸参与反应时，转移2mol电子，生成1mol氯气，故当消耗10mol•L^-1浓盐酸40mL，即消耗0.4mol盐酸时，转移0.1mol电子，生成0.05mol氯气，在标况下的体积为1120mL，
故答案为：Co₃O₄+8HCl（浓）=3CoCl₂+Cl₂↑+4H₂O；0.1；1120；
（3）催化剂参与反应，改变了反应路径，降低了反应的活化能，但由于反应热△H取决于反应物总能量和生成物总能量的相对大小，与反应路径无关，故使用催化剂△H不变，故选CD；
（4）根据质量守恒定律，在变化过程中，Co的质量没有变，假设原始固体质量为100g，则n（Co）=$\frac{100}{93}$mol，m（Co）=100×$\frac{59}{93}$g；
在1000℃时，固体质量不再变化，说明Co（OH）₂完全分解，n（Co）：n（O）=$\frac{100}{93}$：[（80.65-100×$\frac{59}{93}$）÷16]=1：1，剩余固体成分为CoO，故答案为：CoO．

点评 本题考查的知识比较散，涉及到元素周期表，物质性质、化学方程式的书写，图表分析，覆盖面比较广，综合性比较强，难度比较大．