Question

【题目】钴及其化合物在磁性材料、电池材料、超硬材料及催化剂等领域有广泛应用．

（1）CoxNi（1-x）Fe2O4可用作H2O2分解的催化剂

①已知CoxNi（1-x）Fe2O4中Co、Ni化合价均为+2，则该化合物这铁元素的化合价为_______

②如图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__________

③CoxNi（1-x）Fe2O4能与氢碘酸发生氧化还原反应，所得溶液这含有三种金属离子，写出反应的离子方程式____________

（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C点剩余固体的化学式为________

② 取一定质量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______________。

（3）以硫化钴(Co3S4)为原料冶炼钴的原理为在空气中焙烧矿石得到两种氧化物，反应中只有一种元素被氧化，然后利用铝热反应可得到钴。写出焙烧时的化学方程式：________；写出铝热反应的引发操作_______。

Answer 1

【答案】 +3 微波水热法 Co2+ CoxNi（1-x）Fe2O4+8H++2I-=xCo2++(1-x)Ni2++2Fe2++I2+4H2O Co3O4 5：6 Co3S4 + 6O2 = Co3O4 +4SO2 在铝热剂表面铺一层氯酸钾，插上镁条，点燃镁条

【解析】(1)①CoxNi(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，故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，故Co2+的催化活性更高；

③CoxNi(1-x)Fe2O4能与氢碘酸发生氧化还原反应，I-应被氧化为I2，Fe3+被还原为Fe2+，同时得到Co2+、Ni2+，结合电子守恒、电荷守恒及原子守恒得此反应的离子方程式为CoxNi(1-x)Fe2O4+8H++2I-=xCo2++(1-x)Ni2++2Fe2++I2+4H2O；

(2)①由图可知，CoC2O42H2O的质量为18.3g，其我知道可为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∶≈3∶4，故C点剩余固体为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，故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+2O2Co3O4+6CO2；
②由电子守恒：n(Co3+)=2 n(Cl2)=2×=0.4 mol，

由电荷守恒：n(Co原子)总=n(Co2+)溶液=n(Cl-)=×( 0.48L×5mol/L-2×)=1 mol，所以固体中的n(Co2+)=1mol-0.4mol=0.6 mol，

根据化合价电荷守恒为0，氧化物中n(O)=(0.6mol×2+0.4mol×3)÷2=1.2mol，
故该钴氧化物中n(Co)∶n(O)=1mol：1.2mol=5∶6；

(3)硫化钴(Co3S4)在空气中焙烧得到两种氧化物，反应中只有一种元素被氧化，则定有SO2，Co的化合价不发生改变，其对应的氧化产物为Co3O4，故焙烧时的化学方程式Co3S4 + 6O2 = Co3O4 +4SO2；引发铝热反应的操作为在铝热剂表面铺一层氯酸钾，插上镁条，点燃镁条。