Chemistry Labs

第 2 题

使用半导体金属氧化物（SMOX）的电阻式气体传感器可检测痕量杂质。混合氧化物X具有正常尖晶石结构 A2+B23+O42−\mathrm{A^{2+}B^{3+}_2O^{2-}_4}，由金属Z的结晶水合草酸盐 ZCX2OX4 ⋅ kHX2O\ce{ZC2O4*\mathit{k}H2O} 在空气中分解制得。加热至140 °C时水合物失重19.7 %；在空气中500 °C继续加热得到2.407 g黑色X和3.8 dm3^3 COX2\ce{CO2}（101325 Pa、500 °C）。(a) 确定X的化学式和 kk 值。(b) 尖晶石结构中 OX2−\ce{O^{2-}} 离子构成面心立方晶格，A2+\mathrm{A^{2+}} 阳离子占据部分四面体空隙，B3+\mathrm{B^{3+}} 阳离子占据部分八面体空隙。计算正常尖晶石 AB2O4\mathrm{AB_2O_4} 中四面体位点被占据的百分比。
第 2/4 步：尖晶石的摩尔质量
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3 ZCX2OX4+2 OX2→ZX3OX4+6 COX2;M(ZX3OX4)=2.4070.010=240.7⇒M(Z)=58.9 (Co)3\,\ce{ZC2O4} + 2\,\ce{O2} \rightarrow \ce{Z3O4} + 6\,\ce{CO2};\quad M(\ce{Z3O4}) = \dfrac{2.407}{0.010} = 240.7 \Rightarrow M(\mathrm{Z}) = 58.9\ (\mathrm{Co})
分析

尖晶石 Z3O4\mathrm{Z_3O_4} 需要3个草酸盐单元并放出6个CO2，故 n(ZX3OX4)=n(COX2)/6=0.010n(\ce{Z3O4}) = n(\ce{CO2})/6 = 0.010 mol，M(ZX3OX4)=2.407/0.010=240.7M(\ce{Z3O4}) = 2.407/0.010 = 240.7 g mol−1^{-1}。于是 M(Z)=(240.7−4×16.0)/3=58.9M(\mathrm{Z}) = (240.7 - 4\times 16.0)/3 = 58.9 g mol−1^{-1}：金属为钴，X为 CoX3OX4\ce{Co3O4}。