Question

【题目】纳米级Co3O4是一种电极材料，可用草酸盐湿式沉淀—煅烧分解法制备。

(1)先用(NH4)2C2O4溶液和CoCl2溶液为原料制取难溶于水的CoC2O4·2H2O晶体。

①已知25 ℃，Kb(NH3·H2O)＝1.8×10－5，H2C2O4的Ka1＝5.6×10－2，Ka2＝5.4×10－5。(NH4)2C2O4溶液的pH__ (填“>”“＝”或“<”)7。

②反应时，使(NH4)2C2O4过量的原因是________________________。

(2) 为确定由CoC2O4·2H2O获得Co3O4的最佳煅烧温度，准确称取4.575 g的CoC2O4·2H2O样品，在空气中加热，固体样品的剩余质量随温度的变化如图所示(已知385 ℃以上残留固体均为金属氧化物)

①B处的物质为________(填化学式)。

②经测定，205～385 ℃的煅烧过程中，产生的气体为CO2，计算AB段消耗O2在标准状况下的体积。(写出计算过程，结果保留2位有效数字) ________。

Answer 1

【答案】< 使Co2＋充分沉淀(或提高Co2＋的沉淀率) Co3O4 n(CoC2O4·2H2O)＝4.575 g/183 gmol－1＝0.025 mol

CoC2O4·2H2O中m(H2O)＝0.025 mol×2×18 g·mol－1＝0.9 g

CoC2O4·2H2O中m(CoC2O4)＝4.575 g－0.9 g＝3.675 g

根据图中A点数据可知，A为CoC2O4

AB段发生反应的化学方程式为3CoC2O4＋2O2===Co3O4＋6CO2

V(O2)＝2/3×0.025 mol×22.4 L·mol－1＝0.37 L (其他合理计算步骤也给分)

【解析】

(1) ①电解质越弱，相应的离子水解程度越大；

②为制备难溶于水的CoC2O4·2H2O晶体，反应更充分，可使(NH4)2C2O4过量；

(2)①根据钴元素守恒计算产物成分。；

②结合元素守恒法推出A的剩余固体的成分，再根据实际反应的化学方程式的计量数分析作答。

(1) ①(NH4)2C2O4溶液中，铵根离子水解显酸性，C2O42-以第一步水解为主，其水解方程式为：C2O42- +H2O HC2O4-+OH-，其水溶液显碱性，又Kb(NH3·H2O)＝1.8×10－5，H2C2O4的Ka2＝5.4×10－5，弱电解质的电离平衡常数越小，盐溶液水解程度越大，则铵根离子的水解程度大于草酸根离子的水解程度，使(NH4)2C2O4溶液显酸性，即pH < 7，

故答案为：<；

②反应时，使(NH4)2C2O4过量，可使Co2＋充分沉淀，提高Co2＋的沉淀率，

故答案为：使Co2＋充分沉淀(或提高Co2＋的沉淀率)；

(2)①4.575 g的CoC2O4·2H2O中Co原子的物质的量 = = 0.025 mol，若获得的产物为Co3O4，则其质量应为×0.025 mol×241 g/mol = 2.008 g，根据图示信息可知，B处的物质为Co3O4，

故答案为：Co3O4；

②因CoC2O4·2H2O 的质量为4.575 g，则n(CoC2O4·2H2O)＝4.575 g/183 gmol－1＝0.025 mol

而CoC2O4·2H2O中结晶水的质量为m(H2O)＝0.025 mol×2×18 g·mol－1＝0.9 g，

可得CoC2O4·2H2O中CoC2O4的质量m(CoC2O4)＝4.575 g－0.9 g＝3.675 g

根据图中A点数据可知，A的成分为CoC2O4

故AB段发生反应的化学方程式为3CoC2O4＋2O2===Co3O4＋6CO2

再标准状况下，所得氧气的体积V(O2)＝×0.025 mol×22.4 L·mol－1＝0.37 L

答案为：n(CoC2O4·2H2O)＝4.575 g/183 gmol－1＝0.025 mol

CoC2O4·2H2O中m(H2O)＝0.025 mol×2×18 g·mol－1＝0.9 g

CoC2O4·2H2O中m(CoC2O4)＝4.575 g－0.9 g＝3.675 g

根据图中A点数据可知，A为CoC2O4

AB段发生反应的化学方程式为3CoC2O4＋2O2===Co3O4＋6CO2

V(O2)＝2/3×0.025 mol×22.4 L·mol－1＝0.37 L (其他合理计算步骤也给分)