Question

【題目】廢舊硬質(zhì)合金刀具中含碳化鎢(WC)、金屬鈷(Co)及少量雜質(zhì)鐵，利用電解法回收WC和制備Co2O3的工藝流程簡圖如下：

已知：在上述流程中，各種金屬離子形成氫氧化物沉淀的pH范圍如下：

金屬離子	Fe3+	Fe2+	Co2+
開始沉淀的pH	1.9	7.0	6.5
沉淀完全的pH	3.2	9.0	9.4

回答下列問題：

（1）以廢舊刀具作陽極，不銹鋼作陰極，鹽酸為電解質(zhì)溶液。電解時陽極的電極反應(yīng)有：Co-2e-＝Co2+和______。

（2）通入氨氣的目的是調(diào)節(jié)溶液的pH，除去鐵元素。由表中的數(shù)據(jù)可知，理論上可選擇的pH的范圍是_______。

（3）生成CoCO3的離子方程式是________。

（4）實驗測得NH4HCO3溶液顯堿性。制備CoCO3時，不能將濾液加入NH4HCO3溶液中，原因是_______。

（5）已知：Ksp(CoCO3)＝1.4×10－13，Ksp(CoC2O4)＝6.3×10－8。若僅從沉淀轉(zhuǎn)化角度考慮，在0.01mol/L Na2C2O4溶液中加入CoCO3固體能否轉(zhuǎn)化為CoC2O4沉淀？通過計算說明：_________。

（6）洗滌CoCO3不充分對最終產(chǎn)品純度并無影響，但在焙燒時會造成環(huán)境污染，主要原因是____。

（7）CoCO3生成Co2O3的化學(xué)方程式是_________。

Answer 1

【答案】Fe -2e-＝Fe2+ 3.2≤pH＜6.5 Co2+ +2HCO3-＝CoCO3↓+CO2↑+H2O 將濾液加入顯堿性的NH4HCO3溶液中會生成Co(OH)2雜質(zhì) 灼燒時，CoCO3中殘留的NH4Cl分解產(chǎn)生NH3和HCl 2CoCO3Co2O3+CO2↑+CO↑

【解析】

由題給工藝流程知，以鹽酸為電解質(zhì)溶液，以廢舊刀具作陽極，不銹鋼作陰極，進(jìn)行電解，生成WC，溶液中含有亞鐵離子和Co2+，加入雙氧水，將亞鐵離子氧化為鐵離子，通入氨氣，調(diào)節(jié)pH在3.2到5.8之間，將鐵離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀過濾除去，濾液中含有Co2+，加入碳酸氫銨溶液生成碳酸鈷，焙燒生成Co2O3，據(jù)此分析作答。

（l）依據(jù)電解原理可知，電解時廢舊刀具作陽極，除了Co還有活潑金屬鐵也會失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；
（2）通入氨氣的目的是調(diào)節(jié)溶液的pH，為了使鐵元素完全沉淀，同時不讓鈷元素沉淀下來，根據(jù)表格數(shù)據(jù)作答；

（3）將NH4HCO3溶液緩慢加入到盛有濾液的反應(yīng)容器中生成CoCO3；
（4）NH4HCO3溶液顯堿性，據(jù)此分析作答；
（5）依據(jù)Ksp(CoCO3)＝1.4×10－13計算出理論上開始沉淀時Co2+的物質(zhì)的量濃度，再結(jié)合溶液中的C2O42-的物質(zhì)的量濃度，根據(jù)離子積與Ksp(CoC2O4)的大小關(guān)系進(jìn)行比較，得出結(jié)論。

（6）實驗中獲得的若洗滌不充分會含有氯化銨雜質(zhì)，在焙燒時氯化銨受熱易分解；

（7）依據(jù)氧化還原反應(yīng)的規(guī)律可知，CoCO3隔絕空氣灼燒生成Co2O3的同時，C元素化合價會降低，據(jù)此分析作答。

（1）電解時廢舊刀具作陽極，不銹鋼作陰極，鹽酸的作用是作電解質(zhì)溶液，依據(jù)陽極活潑金屬放電的規(guī)律可知，除了Co失電子以外還有Fe也會失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，其電極反應(yīng)式為：Fe -2e- = Fe2+；

故答案為：Fe -2e- = Fe2+；

(2)通入氨氣的目的是調(diào)節(jié)溶液的pH，除去鐵元素。由表中的數(shù)據(jù)可知，理論上可選擇pH最大范圍是3.2pH<6.5；

故答案為：3.2pH<6.5；

(3)將NH4HCO3溶液緩慢加入到盛有濾液的反應(yīng)容器中，生成CoCO3的離子方程式為：Co2+ +2HCO3-＝CoCO3↓+CO2↑+H2O；

故答案為：Co2+ +2HCO3-＝CoCO3↓+CO2↑+H2O；

(4) 根據(jù)題意可知，NH4HCO3溶液顯堿性，則若將濾液加入該溶液中會反應(yīng)生成Co(OH)2雜質(zhì)，

故答案為：將濾液加入顯堿性的NH4HCO3溶液中會生成Co(OH)2雜質(zhì)；

（5） ，

故答案為： ；

（6）分析可知實驗中獲得的若洗滌不充分會含有氯化銨雜質(zhì)，在焙燒時氯化銨分解會產(chǎn)生污染性氣體HCl和NH3；

故答案為：灼燒時，CoCO3中殘留的NH4Cl分解產(chǎn)生NH3和HCl；

（7）CoCO3生成Co2O3的同時，還會有二氧化碳與一氧化碳生成，其化學(xué)方程式為：2CoCO3Co2O3+CO2↑+CO↑，

故答案為：2CoCO3Co2O3+CO2↑+CO↑。