碱式碳酸钴[Cox(OH)y(C0₃)z]常用作电子材料、磁性材料的添加剂，受热时可分解生成三种氧化物。为了确定其组成，某化学兴趣小组同学设计了如图所示的装置进行实验。

（1）请完成下列实验步骤：

①称取3．65 g样品置于硬质玻璃管内，称量乙、丙装置的质量；

②按如图所示装置组装好仪器，并                           ．

③加热甲中玻璃管，当乙装置中                      (填实验现象)，停止加热；

④打开活塞a，缓缓通入空气数分钟后，称量乙、丙装置的质量；

⑤计算。

（2）步骤④中缓缓通入空气数分钟的目的是                                   o

（3）某同学认为上述实验装置中存在一个明显缺陷，为解决这一问题，可选用下列装置中的         (填字母)连接在                (填装置连接位置)。

（4）若按正确装置进行实验，测得如下数据。

则该碱式碳酸钴的化学式为                 。

（5）含有Co(A10₂)₂的玻璃常用作实验室观察钾元素的焰色反应，该玻璃的颜色为     。

（6）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的一种工艺如下：

已知：25℃时，Ksp[Fe(OH)₃]=2.79X10^-39

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已知：Fe(OH)₃(s)Fe³⁺(aq)+3OH^-(aq)ΔH=akJ/mol

H₂O(l)=H⁺(aq)+OH^-(aq)ΔH=b kJ/mol

请写出Fe³⁺发生水解反应的热化学方程式：                                .

水解平衡常数K_h=                      .

④加盐酸调整pH为2～3的目的为                                。

⑤操作Ⅱ过程为蒸发浓缩、              (填操作名称)、过滤。

（7）某锂离子电池正极是LiCoO₂，含Li⁺导电固体为电解质。充电时，Li⁺还原为Li，并以原子形式嵌入电池负极材料C₆中(如图所示)。

电池反应为LiCoO₂+C₆CoO₂+LiC₆，写出该电池放电时的正极反应式：                  。

答案

【答案】（1）②检查装置的气密性③不再有气泡产生时

（2）将装置中生成的CO₂和H₂O（g）全部排入乙、丙装置中

（3）D  活塞a前（或装置甲前）

（4）Co₃(OH)₄(CO₃)₂

（5）蓝色

（6）①2Fe²⁺(aq)+H₂O₂+ 2 H⁺=2Fe³⁺+2H₂O  ②Al(0H)₃、Fe(0H)₃

③Fe³⁺(aq)+3H₂O(l) Fe(OH)₃（s）+ 3 H⁺(aq) ΔH=(3b-a) kJ/mol   10^-3/2.79 （2分）

④抑制CoC1₂的水解  ⑤冷却结晶

（7）CoO₂+Li⁺+e^-= LiCoO₂

【解析】

试题分析：（1）②装置连接好后，应先检查装置的气密性；③当乙装置中不再产生气体时，说明反应完全，停止加热；

（2）根据题意该物质分解产生三种氧化物，其中有水蒸气和二氧化碳，所以步骤④中缓缓通入空气数分钟的目的是将装置中生成的CO₂和H₂O（g）全部排入乙、丙装置中，使计算结果准确；

（3）该实验是利用产生的水蒸气和二氧化碳的质量减少其组成，而甲装置前无除去空气中二氧化碳和水蒸气的装置，所以应在甲之前加一装置，除去空气中的二氧化碳和水，与丁装置相同，所以选择D；

（4）根据表中数据生成水蒸气的质量是0.36g，物质的量是0.36g/18g/mol=0.02mol，氢氧根离子的物质的量是0.04mol；生成二氧化碳的质量是0.88g，物质的量是0.88g/44g/mol=0.02mol，碳酸根离子的物质的量是0.02mol；则3.65g固体中钴的物质的量是[3.65g-（0.02mol×2×17g/mol+0.02mol×60g/mol）]/59g/mol=0.03mol，所以化学式中Co、OH^-、CO₃^2-的物质的量之比为0.03:0.02×2:0.02=3:4:2，所以该碱式碳酸钴的化学式为Co₃(OH)₄(CO₃)₂；

（5）实验室常用透过蓝色钴玻璃片观察钾元素的焰色反应的颜色，所以含有Co(A10₂)₂的玻璃的颜色为蓝色；

（6）①加入过氧化氢的目的是将亚铁离子氧化为铁离子，所以离子方程式为2Fe²⁺(aq)+H₂O₂+ 2 H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；

②加入CoCO₃调pH为5．2～7．6，此时铁离子、铝离子完全沉淀，而钴离子开始沉淀，所以操作I得到滤渣的成分是Al(0H)₃、Fe(0H)₃；

③铁离子水解的离子方程式为：Fe³⁺(aq)+3H₂O(l) Fe(OH)₃（s）+ 3 H⁺(aq)，根据盖斯定律，将已知第一个热化学方程式减去第二个热化学方程式乘以3后所得热化学方程式的逆反应即为Fe³⁺发生水解反应的热化学方程式，所以答案为Fe³⁺(aq)+3H₂O(l) Fe(OH)₃（s）+ 3 H⁺(aq) ΔH=(3b-a) kJ/mol；因为Ksp[Fe(OH)₃]=2.79X10^-39=c(Fe³⁺)·c(OH^-)³，水解平衡常数K_h= c(H⁺)³/ c(Fe³⁺)=K_w³/ Ksp[Fe(OH)₃]=10^-3/2.79；

④因为氯化钴水解使溶液成酸性，所以加盐酸调整pH为2～3的目的为抑制CoC1₂的水解；

⑤从溶液中得到晶体需要蒸发浓缩、冷却结晶、过滤等，所以操作Ⅱ过程为蒸发浓缩、冷却结晶；

（7）电池放电时，正极发生还原反应，元素的化合价降低，根据所给化学方程式，Co元素的化合价降低，所以CoO₂发生还原反应，生成LiCoO₂，则放电时的正极反应为CoO₂+Li⁺+e^-= LiCoO₂。

考点：考查工业流程的分析，实验装置的判断、基本操作的判断，溶度积的应用，电化学反应原理的应用