Question

14．有報道稱Co₃O₄能催化N₂O分解，其中₂₇Co在元素周期表中屬于鐵系元素，其單質及化合物的性質與鐵有很多相似之處．
（1）鈷元素在周期表中的位置是第四周期第VIII族；Co₃O₄中Co的化合價為+2，+3．
（2）Co₃O₄能與濃鹽酸反應生成黃綠色氣體，寫出反應的化學方程式：Co₃O₄+8HCl（濃）=3CoCl₂+Cl₂↑+4H₂O．實驗反應中若消耗10mol•L^-1濃鹽酸40mL，則反應中轉移電子0.1mol，產生氣體的標準狀況下體積為1120mL．
（3）下列關于Co₃O₄催化N₂O分解的說法正確的是CD（填序號）．
A．Co₃O₄作為催化劑使N₂O分解反應的△H增大
B．Co₃O₄作為催化劑使N₂O分解反應的△H減少
C．Co₃O₄作為催化劑使N₂O分解反應的△H不變
D．Co₃O₄作為催化劑使N₂O分解反應的途徑改變，降低了反應所需能量
E．Co₃O₄作為催化劑使N₂O分解反應的途徑改變，增加了反應所需能量
（4）實驗測得：Co（OH）₂在空氣中加熱時，可得到不同價態的氧化物．固體殘留率（剩余固體質量與原始固體質量比率）隨溫度的變化如圖所示．已知鈷的氫氧化物加熱至290℃時已完全脫水．通過分析數據確定：在B、C之間（500℃-1000℃）范圍內，剩余固體成分為：CoO．

Answer 1

分析 （1）鈷元素在周期表中位于第四周期第VIII族；根據化合價的代數和為0來分析；
（2）Co₃O₄能與濃鹽酸反應生成黃綠色氣體，說明Co₃O₄做氧化劑被還原，據此書寫化學方程式；根據氯元素的化合價的變化來分析轉移的電子的物質的量和生成氣體的體積；
（3）催化劑參與反應，改變了反應路徑，但反應熱△H取決于反應物總能量和生成物總能量的相對大小，與反應路徑無關，據此分析；
（4）根據質量守恒定律，在變化過程中，Co的質量沒有變，通過題給數據看，在1000℃是Co（OH）₂完全分解，則產物CoO．

解答 解：（1）鈷元素在周期表中位于第四周期第VIII族；根據化合價的代數和為0，可知鈷元素為+$\frac{8}{3}$價，結合Fe₃O₄的化合價的情況可知，鈷元素既有+2價又有+3價，
故答案為：第四周期第VIII族；+2，+3；
（2）Co₃O₄能與濃鹽酸反應生成黃綠色氣體，說明Co₃O₄做氧化劑，將HCl中的氯元素氧化為氯氣，Co₃O₄被還原為CoCl₂，故書寫化學方程式為：Co₃O₄+8HCl（濃）=3CoCl₂+Cl₂↑+4H₂O；根據反應可知，當8mol鹽酸參與反應時，轉移2mol電子，生成1mol氯氣，故當消耗10mol•L^-1濃鹽酸40mL，即消耗0.4mol鹽酸時，轉移0.1mol電子，生成0.05mol氯氣，在標況下的體積為1120mL，
故答案為：Co₃O₄+8HCl（濃）=3CoCl₂+Cl₂↑+4H₂O；0.1；1120；
（3）催化劑參與反應，改變了反應路徑，降低了反應的活化能，但由于反應熱△H取決于反應物總能量和生成物總能量的相對大小，與反應路徑無關，故使用催化劑△H不變，故選CD；
（4）根據質量守恒定律，在變化過程中，Co的質量沒有變，假設原始固體質量為100g，則n（Co）=$\frac{100}{93}$mol，m（Co）=100×$\frac{59}{93}$g；
在1000℃時，固體質量不再變化，說明Co（OH）₂完全分解，n（Co）：n（O）=$\frac{100}{93}$：[（80.65-100×$\frac{59}{93}$）÷16]=1：1，剩余固體成分為CoO，故答案為：CoO．

點評 本題考查的知識比較散，涉及到元素周期表，物質性質、化學方程式的書寫，圖表分析，覆蓋面比較廣，綜合性比較強，難度比較大．