Question

为测定碱式碳酸钴[Co_x(OH)_y(CO₃)_z]的化学组成，研究性学习小组的同学设计了如图所示的装置进行实验探究。已知：碱式碳酸钴受热时可分解生成三种氧化物。

(1)按如图所示装置组装好仪器，并______(填操作名称)；称取3.65g样品置于硬质玻璃管内，加热，当乙装置中______(填实验现象)，停止加热；打开活塞a，缓缓通入空气数分钟，通入空气的目的是______。

(2)丁的作用是______，某同学认为上述实验中存在一个缺陷，该缺陷是______。

(3)通过正确实验测得乙、丙装置增重分别为0.36g、0.88g，则该碱式碳酸钴的化学式为______。

(4)CoCl₂·6H₂O常用作多彩水泥的添加剂。以含钴废料(含少量Fe、Al等杂质)制取CoCl₂·6H₂O的一种工艺如图：

已知：25℃时

沉淀物	Fe(OH)3	Fe(OH)2	Co(OH)2	Al(OH)3
开始沉淀(pH)	2.3	7.5	7.6	3.4
完全沉淀(pH)	4.1	9.7	9.2	5.2

①净化除杂时，加入H₂O₂发生反应的离子方程式为______；

②加入CoCO₃调pH为5.2~7.6，则操作I获得的滤渣成分为______；   

③加盐酸调整pH为2～3的目的为______；

④操作II过程为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤。

Answer

检查装置气密性 不再有气泡产生时 将装置中生成的CO2和H2O全部排入乙、丙装置中 防止空气中的CO2和H2O进入装置影响实验 未考虑空气中的水蒸气和二氧化碳对实验的影响 Co3(OH)4(CO3)2 2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O Fe(OH)3和Al(OH)3 抑制CoCl2的水解

【解析】

(1)碱式碳酸钴受热分解生成钴的氧化物、水、二氧化碳，因此需要验证装置的气密性，当乙装置中不再产生气泡，说明碱式碳酸钴分解完毕，为了数据的准确性，通入空气让产生的气体全部被吸收；

(2)空气中含有CO2和水蒸气，对实验产生干扰，故缺陷是未考虑空气中CO2和水蒸气对实验的影响；

(3)求出Co：H：C原子的物质的量比，再求化学式；

(4)①加入过氧化氢的目的：把Fe2＋氧化为Fe3＋，容易转化成沉淀，离子方程式：2Fe2＋＋H2O2＋2H＋=2Fe3＋＋2H2O；②加入CoCO3调pH为5.2～7.6，根据表格数据，此铝元素和铁元素全部转化成了沉淀Al(OH)3、Fe(OH)3；③加盐酸调整pH为2~3的目的为抑制COCl2的水解。

(1)碱式碳酸钴受热分解生成钴的氧化物、水、二氧化碳，按如图所示装置组装好仪器，并检查装置气密性(填操作名称)；称取3.65g样品置于硬质玻璃管内，加热，当乙装置中不再有气泡产生时(填实验现象)，停止加热，说明碱式碳酸钴分解完毕，为了数据的准确性，打开活塞a，缓缓通入空气数分钟，通入空气的目的是将装置中生成的CO2和H2O全部排入乙、丙装置中。故答案为：检查装置气密性；不再有气泡产生时；将装置中生成的CO2和H2O全部排入乙、丙装置中；

(2)空气中含有CO2和水蒸气，对实验产生干扰，丁的作用是防止空气中的CO2和H2O进入装置影响实验，某同学认为上述实验中存在一个缺陷，该缺陷是未考虑空气中的水蒸气和二氧化碳对实验的影响。故答案为：防止空气中的CO2和H2O进入装置影响实验；未考虑空气中的水蒸气和二氧化碳对实验的影响；

(3)乙装置增重0.36g，即水的质量0.36g，物质的量mol=0.02mol丙增重，说明CO2的质量为0.88g，物质的量为mol=0.02mol，碱式碳酸钴的质量为3.65g，钴质量3.65－0.04×17－0.02×60=1.77g，其物质的量为mol=0.03mol，Co：H：C=0.03：(0.02×2)：0.02=3：4：2，化学式：CO3(OH)4(CO3)2；故答案为：Co3(OH)4(CO3)2；

(4)①净化除杂时，加入H2O2把Fe2＋氧化为Fe3＋，容易转化成沉淀，发生反应的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O；故答案为：2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O；

②加入CoCO3调pH为5.2～7.6，根据表格数据，此铝元素和铁元素全部转化成了沉淀Al(OH)3、Fe(OH)3则操作I获得的滤渣成分为Fe(OH)3和Al(OH)3；故答案为：Fe(OH)3和Al(OH)3；

③加盐酸调整pH为2～3的目的为抑制CoCl2的水解；故答案为：抑制CoCl2的水解。

④操作II过程为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤。