在處理NO廢氣的過程中,催化劑[Co(NH3)6]2+會逐漸失活變?yōu)閇Co(NH3)6]3+。某小組為解決這一問題,實驗研究和之間的相互轉(zhuǎn)化。
資料:i.Ksp[Co(OH)2]=5.9×10-15、Ksp[Co(OH)3]=1.6×10-44
ii.Co2++6NH3?Co(NH3)6]2+;K1=1.3×105
Co3++6NH3?[Co(NH3)6]3+;K2=2×1035
ii.[Co(NH3)6]2+和[Co(NH)6]3+在酸性條件下均能生成
(1)探究的還原性
實驗Ⅰ粉紅色的CoCl2溶液或CoSO4溶液在空氣中久置,無明顯變化。
實驗Ⅱ向0.1mol/LCoCl2溶液中滴入2滴酸性KMnO4溶液,無明顯變化。
實驗Ⅲ按如圖裝置進行實驗,觀察到電壓表指針偏轉(zhuǎn)。
①甲同學(xué)根據(jù)實驗Ⅰ得出結(jié)論:Co2+可以被酸性KMnO4溶液氧化。乙同學(xué)補充實驗Ⅲ,
將實驗Ⅲ中的0.1mol/LCoCl2溶液替換為0.2mol/LNaCl溶液進行實驗,指針偏轉(zhuǎn)幅度與實驗Ⅲ相同,從而否定了甲同學(xué)
將實驗Ⅲ中的0.1mol/LCoCl2溶液替換為0.2mol/LNaCl溶液進行實驗,指針偏轉(zhuǎn)幅度與實驗Ⅲ相同,從而否定了甲同學(xué)
(補全實驗操作及現(xiàn)象),否定了該觀點。
②探究堿性條件下的還原性,進行實驗。
ii中反應(yīng)的化學(xué)方程式是 4Co(OH)2+O2+2H2O=4Co(OH)3
4Co(OH)2+O2+2H2O=4Co(OH)3
。
③根據(jù)氧化還原反應(yīng)規(guī)律解釋還原性Co(OH)2>Co2+:Co2+-e-=Co3+在堿性條件下,OH-與Co2+、Co3+反應(yīng),使c(Co2+)和c(Co3+)均降低,但 c(Co3+)
c(Co3+)
降低的程度更大,還原劑的還原性增強。
(2)探究Co的氧化性
①根據(jù)實驗Ⅱ和Ⅳ推測氧化性:Co3+>Cl2,設(shè)計實驗證明:向V中得到的棕褐色沉淀中,加入適量鹽酸,棕褐色沉淀溶解,產(chǎn)生黃色有刺激性氣味的氣體,溶液變?yōu)榉奂t色,證明:實驗Ⅲ和Ⅳ推測氧化性:Co3+>Cl2
加入適量鹽酸,棕褐色沉淀溶解,產(chǎn)生黃色有刺激性氣味的氣體,溶液變?yōu)榉奂t色,證明:實驗Ⅲ和Ⅳ推測氧化性:Co3+>Cl2
( 補全實驗操作及現(xiàn)象),反應(yīng)的離子方程式是 2Co(OH)3+6H++2Cl-=2Co2++Cl2↑+6H2O
2Co(OH)3+6H++2Cl-=2Co2++Cl2↑+6H2O
。
②向V中得到的棕褐色沉淀中,滴加H2SO4溶液,加入催化劑,產(chǎn)生無色氣泡,該氣體是 O2
O2
。
(3)催化劑[Co(NH3)6]2+的失活與再生
①結(jié)合數(shù)據(jù)解釋[Co(NH)6]2+能被氧化為[Co(NH3)6]3+而失活的原因:對Co2+-e-=Co3+,NH3與Co2+、Co3+反應(yīng),使c(Co2+)和c(Co3+)均降低,但K2>K1,c(Co3+)降低的程度遠大于c(Co2+),還原劑的還原性增強,[Co(NH3)6]2+能被氧化
對Co2+-e-=Co3+,NH3與Co2+、Co3+反應(yīng),使c(Co2+)和c(Co3+)均降低,但K2>K1,c(Co3+)降低的程度遠大于c(Co2+),還原劑的還原性增強,[Co(NH3)6]2+能被氧化
。
②根據(jù)以上實驗,設(shè)計物質(zhì)轉(zhuǎn)化流程圖實現(xiàn)[Co(NH3)6]2+的再生:[Co(NH
3)
6]
3+Co
2+[Co(NH
3)
6]
2+[Co(NH
3)
6]
3+Co
2+[Co(NH
3)
6]
2+ 。
實例:CoCoCl2Co(OH)2