2024湖北高考化学18题（实验探究大题）的赏析

(2024湖北)18、学习小组为探究Co2+、Co3+能否催化H2O2的分解及相关性质，室温下进行了实验Ⅰ~Ⅳ。已知:[Co(H2O)6]2+为粉红色、[Co(H2O)6]3+为蓝色、[Co(CO3)2]2-为红色、[Co(CO3)3]3-为墨绿色。回答下列问题:（1）略实验Ⅰ实验Ⅱ实验Ⅲ无明显变化溶液变为红色，伴有气泡产生溶液变为墨绿色，并持续产生能使带火星木条复燃的气体（2）实验Ⅰ表明[Co(H2O)6]2+(填“能”或“不能”)催化H2O2的分解。实验Ⅱ中HCO3-大大过量的原因是。

实验Ⅲ初步表明[Co(CO3)3]3-能催化H2O2的分解，写出H2O2在实验Ⅲ中所发生反应的离子方程式、。

（3）实验Ⅰ表明，反应2[Co(H2O)6]2++H2O2+2H+⇌2[Co(H2O)6]3++2H2O难以正向进行，利用化学平衡移动原理，分析Co3+、Co2+分别与CO32-配位后，正向反应能够进行的原因

。

实验Ⅳ（4）实验Ⅳ中，A到B溶液变为蓝色，并产生气体；B到C溶液变为粉红色，并产生气体。从A到C所产生的气体的分子式分别为、。

本题需要较强的学习能力、实验现象分析能力、无机化学性质的应用能力、化学平衡的理解能力。1、先分析四个实验（1）实验I

现象为：无明显实验现象。溶液在滴加双氧水之前，呈粉红色，存在大量[Co(H2O)6]2+。无明显实验现象，一是指溶液没变为蓝色，也就是[Co(H2O)6]2+没被双氧水氧化为[Co(H2O)6]3+。二是指没有气泡出现，也就是[Co(H2O)6]2+对双氧水的分解没有催化作用。（2）实验II

现象为：溶液变为红色，伴有气泡产生。此实验说明将CoSO4溶液滴入高浓度的CsHCO3溶液中后，[Co(H2O)6]2+遇CO32-转化为[Co(CO3)2]2-，2HCO3-⇌CO32-+H2CO3，CO32-不断被结合，平衡正向移动。同时会产生大量H2CO3，分解为CO2。离子方程式为4HCO3-+[Co(H2O)6]2+=[Co(CO3)2]2-+2CO2↑+8H2O。（3）实验III

现象为：溶液变为墨绿色，并持续产生能使带火星木条复燃的气体。溶液变为墨绿色，说明有[Co(CO3)3]3-产生。[Co(H2O)6]2+同时发生了被双氧水氧化和转化为[Co(CO3)3]3-的反应。2[Co(H2O)6]2++10HCO3-+H2O2=2[Co(CO3)3]3-+18H2O+4CO2↑持续产生能使带火星木条复燃的气体，说明[Co(CO3)3]3-对双氧水的分解有催化作用。（4）实验IV

现象为：A到B溶液变为蓝色，并产生气体；B到C溶液变为粉红色，并产生气体。A到B溶液变为蓝色，并产生气体是因为[Co(CO3)3]3-+6H2O⇌[Co(H2O)6]3++3CO32-，H+破坏了CO32-，使平衡正向移动，[Co(CO3)3]3-转化为[Co(H2O)6]3+，并且产生CO2。B到C溶液变为粉红色，并产生气体是因为[Co(H2O)6]3+转变为[Co(H2O)6]2+，Co元素的化合价在降低，而在此溶液中，化学价能升高的，只有O元素，所以生成的气体为O2。4[Co(H2O)6]3++2H2O=4[Co(H2O)6]2++O2↑+4H+2、对部分填空的分析（1）实验中HCO3-大大过量的原因为保证[Co(H2O)6]2+转化为[Co(CO3)2]2-，提供更多的CO32-，这个答案容易答出。同时防止生成CoCO3沉淀，这个答案不容易答出。第二个答案需要模仿CuSO4溶液中加入少量的氨水与加入大量氨水的区别。（2）H2O2在实验Ⅲ中发生的第一个离子反应这个离子反应包括氧化还原部分和复分解部分，属于较大难度的离子方程式书写。6HCO3-=6H++6CO32-2[Co(H2O)6]2++2H++H2O2=2Co3++14H2O2Co3++6CO32-=2[Co(CO3)3]3-4H++4HCO3-=4H2O+4CO2↑综合起来得到：2[Co(H2O)6]2++10HCO3-+H2O2=2[Co(CO3)3]3-+18H2O+4CO2↑（3）分析Co3+、Co2+分别与CO32-配位后，正向反应能够进行的原因（此空难度很大）如果2Co2++H2O2+2H+⇌2Co3++2H2O（反应X）能正常进行到一定限度达到平衡，那么2[Co(H2O)6]2++H2O2+2H+⇌2[Co(H2O)6]3++2H2O（反应Y）难以正向进行的原因是Co2+形成[Co(H2O)6]2+比Co3+形成[Co(H2O)6]3+要容易的多，导致Co2+比Co3+的浓度低很多，反应X逆向移动，反应Y就难以正向进行。而反应II告诉我们，在高浓度的CsHCO3溶液中，[Co(H2O)6]2+会转化为[Co(CO3)2]2-。反应III告诉我们，在高浓度的CsHCO3溶液中，[Co(H2O)6]3+会转化为[Co(CO3)3]3-。如果在高浓度的CsHCO3溶液中，Co3+形成[Co(CO3)3]3-比Co2+形成[Co(CO3)2]2-要容易的多，导致Co3+比Co2+的浓度低很多，反应X正向移动，2[Co(CO3)2]2-+HCO3-+H2O2+H+⇌2[Co(CO3)3]3-+2H2O（反应Z）正向反应就会容易得多。（当然，理解为[Co(H2O)6]3+形成[Co(CO3)3]3-比[Co(H2O)6]2+形成[Co(CO3)2]2-