Question

鈷(Co)化合物對化學鍵的研究起著重要的作用。為測定某鈷化合物[ Co(NH₃)_xCl_y ]Cl_z的組成，進行如下實驗：

①稱取樣品0.5010 g，加入過量的NaOH溶液，煮沸，蒸出所有的氨，冷卻，得到A。

產生的氨用50.00 mL 0.5000 mol•L^-1的鹽酸完全吸收并用蒸餾水定容至100 mL，得溶液B。取B溶液20.00 mL, 用0.1000 mol•L^-1 NaOH滴定，消耗NaOH溶液30.00 mL。

②向A中加入過量KI固體，振蕩，鹽酸酸化后置于暗處，發生反應：

Co^m+ + I^- → Co²⁺ + I₂   (未配平)

       反應完成后，蒸餾水稀釋，用Na₂S₂O₃溶液滴定析出的I₂，消耗0.1000 mol•L^-1Na₂S₂O₃溶液20.00 mL。反應方程式為：I₂ + 2Na₂S₂O₃ == 2NaI + Na₂S₄O₆

③另稱取該物質樣品0.2505 g溶于水，以0.1000 mol•L^-1 AgNO₃溶液滴定至恰好反應完全，消耗AgNO₃溶液20.00 mL。相應反應式為：

[ Co(NH₃)_xCl_y ]Cl_z + zAgNO₃ == [ Co(NH₃)_xCl_y ](NO₃)_z + zAgCl↓

通過計算求：

       (1) [ Co(NH₃)_xCl_y ]Cl_z中氮元素的質量分數。

(2)該鈷化合物的化學式。

Answer 1

解：(1)  NaOH + HCl = NaCl + H₂O      NH₃ + HCl = NH₄Cl

100.00 mL B溶液共消耗NaOH ：

         

由0.5010 g樣品產生的 n(NH₃) = n(HCl) n(NaOH) = （計算過程略）＝0.0100 mol

由0.5010 g樣品中含N的量：n(N) = 0.0100 mol 

[ Co(NH₃)_xCl_y ]Cl_z中氮元素的含量 ：

(2)  I₂ + 2Na₂S₂O₃ == 2NaI + Na₂S₄O₆   

因反應用去0.1000 mol•L^-1 Na₂S₂O₃溶液20.00 mL，可推算出：n(I₂) = 0.001 mol

Co與Fe同一族，Co有+3、+2價，因Co^m+具有強氧化性，故設m = 3，即Co^m+為Co³⁺ 。

則有：2Co³⁺ + 2I^- == 2Co²⁺ + I₂      可推算出：n(Co³⁺) = 0.002 mol

0.5010g樣品中Cl的總質量為：

m(Cl) = 0.5010 g - 0.0020 mol × 59g•mol ^-1 - 0.0100mol × 17g ?mol ^-1 = 0.2130 g

n(Cl) = 0.0060mol       

又有：[ Co(NH₃)_xCl_y ]Cl_z + zAgNO₃ == [ Co(NH₃)_xCl_y ](NO₃)_z + zAgCl↓

0.2505g樣品擴大一倍來算（即用0.5010g）推算出：

反應消耗AgNO₃：

即發生上述反應的Cl^-為：n(Cl^-) = 0.0040 mol     

由 1∶x ∶y∶z = 0.0020∶0.0100∶(0.0060 0.0040)∶0.0040 = 1∶5∶1∶2

解得：x = 5  y = 1  z = 2   

代入[ Co(NH₃)_xCl_y ]Cl_z中，根據化合物化合價代數和為0，可知Co為+3價，故假設成立。

確定該鈷化合物的化學式為：[ Co(NH₃)₅Cl ]Cl₂