《2025年天星教育试题调研化学第9辑》

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原创预测 钴钼系催化剂主要用于石油炼制等工艺，从废钴钼催化剂(主要含有 $ MoS_{2} $、$ CoS $ 和 $ Al_{2}O_{3} $)中回收钴和钼的工艺流程如图 1 所示。

已知:浸取液中的金属离子主要为 $ MoO_{2}^{2+} $、$ Co^{2+} $、$ Al^{3+} $。
(1)基态 $ Co $ 原子的价层电子排布式为3d⁷4s²，$ Co $ 在元素周期表中的位置为第四周期第Ⅷ族。
(2)$ K_{3}[Co(NO_{2})_{6}] $ 可用于配制黄色颜料，$ Co^{3+} $ 的配位数是6，其配体 $ NO_{2}^{-} $ 的空间结构为V形。
(3)$ MoS_{2} $ 在空气中高温焙烧产生两种氧化物:$ SO_{2} $ 和MoO₃(填化学式)。$ SO_{2} $ 污染大气，可以利用软锰矿浆吸收 $ SO_{2} $ 进行脱硫，软锰矿浆中的 $ MnO_{2} $ 转化为 $ Mn^{2+} $。写出 $ SO_{2} $ 与 $ MnO_{2} $ 发生反应的化学方程式:SO₂+MnO₂=MnSO₄。脱硫过程中软锰矿浆的 $ pH $ 和 $ SO_{2} $ 吸收率随时间的变化如图 2 所示。随着脱硫过程的进行，软锰矿浆的 $ pH $ 下降，其主要原因是软锰矿浆中的MnO₂被消耗尽后，溶于软锰矿浆中的SO₂与空气中的O₂反应，生成H₂SO₄使软锰矿浆的pH下降。

(4)下列仪器中，操作 I 中需要用到的是AD(填标号)。

(5)$ Co^{2+} $ 萃取的反应原理为 $ Co^{2+} + 2HR \rightleftharpoons CoR_{2} + 2H^{+} $，向有机相 2 中加入 $ H_{2}SO_{4} $ 能进行反萃的原因是根据Co²⁺+2HR⇌CoR₂+2H⁺可知，加入H₂SO₄，c(H⁺)增大，平衡向左移动(结合平衡移动原理解释)。
(6)$ Co_{3}O_{4} $ 可用作电极材料，若选用 $ KOH $ 溶液作电解质溶液，通电时 $ Co_{3}O_{4} $ 可转化为 $ CoOOH $，其电极反应式为Co₃O₄+OH^-+H₂O-e^-=3CoOOH。

答案： 解析
(1)$ Co $ 是第 27 号元素，位于元素周期表中第四周期第Ⅷ族，基态 $ Co $ 原子的价层电子排布式为 $ 3d^{7}4s^{2} $。
(2)根据 $ K_{3}[Co(NO_{2})_{6}] $ 可判断 $ Co^{3+} $ 的配位数是 6，其配体 $ NO_{2}^{-} $ 的中心原子 $ N $ 的价层电子对数为 $ 2 + \frac{5 + 1 - 2 × 2}{2} = 3 $，孤电子对数为 1，因此 $ NO_{2}^{-} $ 的空间结构为 V 形。
(3)根据已知信息可知，浸取液中 $ Mo $ 元素以 $ MoO_{2}^{2+} $ 的形式存在，$ MoO_{2}^{2+} $ 中 $ Mo $ 的化合价为 +6，则 $ MoS_{2} $ 在空气中高温焙烧生成的氧化物应为 $ SO_{2} $ 和 $ MoO_{3} $；吸收 $ SO_{2} $ 气体的反应中 $ MnO_{2} $ 被还原为 $ Mn^{2+} $，则 $ MnO_{2} $ 为氧化剂、$ SO_{2} $ 为还原剂，该反应的化学方程式为 $ SO_{2} + MnO_{2} \xlongequal{} MnSO_{4} $。随着脱硫过程的进行，软锰矿浆的 $ pH $ 下降的原因是软锰矿浆中的 $ MnO_{2} $ 被消耗尽后，溶于软锰矿浆中的 $ SO_{2} $ 与空气中的 $ O_{2} $ 反应，生成 $ H_{2}SO_{4} $ 使软锰矿浆的 $ pH $ 下降。
(4)操作 1 的目的是将有机相和水相分开，操作 1 是分液，分液时用到的仪器有分液漏斗和烧杯，选 AD。
(5)根据 $ Co^{2+} + 2HR \rightleftharpoons CoR_{2} + 2H^{+} $ 可知，向有机相 2 中加入 $ H_{2}SO_{4} $，$ c(H^{+}) $ 增大，平衡向左移动，故能进行反萃。
(6)$ CoOOH $ 中 $ Co $ 元素化合价为 +3，$ Co_{3}O_{4} $ 可以表示成 $ CoO · Co_{2}O_{3} $，$ CoO · Co_{2}O_{3} $ 中 +2 价的 $ Co $ 失去 1 个电子生成 $ CoOOH $，电极反应式为 $ Co_{3}O_{4} + OH^{-} + H_{2}O - e^{-} \xlongequal{} 3CoOOH $。
【解题关键】解题时不仅要找准变价元素，还要弄清发生化合价变化的元素的数量，本题中将 $ Co_{3}O_{4} $ 表示成 $ CoO · Co_{2}O_{3} $ 就能轻而易举地分析出转移的电子数了。本题若用平均化合价法，会更复杂。
答案
(1)$ 3d^{7}4s^{2} $ 第四周期第Ⅷ族
(2)6 V 形
(3)$ MoO_{3} $ $ SO_{2} + MnO_{2} \xlongequal{} MnSO_{4} $ 见解析
(4)AD
(5)根据 $ Co^{2+} + 2HR \rightleftharpoons CoR_{2} + 2H^{+} $ 可知，加入 $ H_{2}SO_{4} $，$ c(H^{+}) $ 增大，平衡向左移动
(6)$ Co_{3}O_{4} + OH^{-} + H_{2}O - e^{-} \xlongequal{} 3CoOOH $