Question

【题目】废旧硬质合金刀具中含碳化钨(WC)、金属钴(Co)及少量杂质铁，利用电解法回收WC和制备Co2O3的工艺流程简图如下：

已知：在上述流程中，各种金属离子形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：

金属离子	Fe3+	Fe2+	Co2+
开始沉淀的pH	1.9	7.0	6.5
沉淀完全的pH	3.2	9.0	9.4

回答下列问题：

（1）以废旧刀具作阳极，不锈钢作阴极，盐酸为电解质溶液。电解时阳极的电极反应有：Co-2e-＝Co2+和______。

（2）通入氨气的目的是调节溶液的pH，除去铁元素。由表中的数据可知，理论上可选择的pH的范围是_______。

（3）生成CoCO3的离子方程式是________。

（4）实验测得NH4HCO3溶液显碱性。制备CoCO3时，不能将滤液加入NH4HCO3溶液中，原因是_______。

（5）已知：Ksp(CoCO3)＝1.4×10－13，Ksp(CoC2O4)＝6.3×10－8。若仅从沉淀转化角度考虑，在0.01mol/L Na2C2O4溶液中加入CoCO3固体能否转化为CoC2O4沉淀？通过计算说明：_________。

（6）洗涤CoCO3不充分对最终产品纯度并无影响，但在焙烧时会造成环境污染，主要原因是____。

（7）CoCO3生成Co2O3的化学方程式是_________。

Answer 1

【答案】Fe -2e-＝Fe2+ 3.2≤pH＜6.5 Co2+ +2HCO3-＝CoCO3↓+CO2↑+H2O 将滤液加入显碱性的NH4HCO3溶液中会生成Co(OH)2杂质 灼烧时，CoCO3中残留的NH4Cl分解产生NH3和HCl 2CoCO3Co2O3+CO2↑+CO↑

【解析】

由题给工艺流程知，以盐酸为电解质溶液，以废旧刀具作阳极，不锈钢作阴极，进行电解，生成WC，溶液中含有亚铁离子和Co2+，加入双氧水，将亚铁离子氧化为铁离子，通入氨气，调节pH在3.2到5.8之间，将铁离子转化为氢氧化铁沉淀过滤除去，滤液中含有Co2+，加入碳酸氢铵溶液生成碳酸钴，焙烧生成Co2O3，据此分析作答。

（l）依据电解原理可知，电解时废旧刀具作阳极，除了Co还有活泼金属铁也会失电子发生氧化反应；
（2）通入氨气的目的是调节溶液的pH，为了使铁元素完全沉淀，同时不让钴元素沉淀下来，根据表格数据作答；

（3）将NH4HCO3溶液缓慢加入到盛有滤液的反应容器中生成CoCO3；
（4）NH4HCO3溶液显碱性，据此分析作答；
（5）依据Ksp(CoCO3)＝1.4×10－13计算出理论上开始沉淀时Co2+的物质的量浓度，再结合溶液中的C2O42-的物质的量浓度，根据离子积与Ksp(CoC2O4)的大小关系进行比较，得出结论。

（6）实验中获得的若洗涤不充分会含有氯化铵杂质，在焙烧时氯化铵受热易分解；

（7）依据氧化还原反应的规律可知，CoCO3隔绝空气灼烧生成Co2O3的同时，C元素化合价会降低，据此分析作答。

（1）电解时废旧刀具作阳极，不锈钢作阴极，盐酸的作用是作电解质溶液，依据阳极活泼金属放电的规律可知，除了Co失电子以外还有Fe也会失电子发生氧化反应，其电极反应式为：Fe -2e- = Fe2+；

故答案为：Fe -2e- = Fe2+；

(2)通入氨气的目的是调节溶液的pH，除去铁元素。由表中的数据可知，理论上可选择pH最大范围是3.2pH<6.5；

故答案为：3.2pH<6.5；

(3)将NH4HCO3溶液缓慢加入到盛有滤液的反应容器中，生成CoCO3的离子方程式为：Co2+ +2HCO3-＝CoCO3↓+CO2↑+H2O；

故答案为：Co2+ +2HCO3-＝CoCO3↓+CO2↑+H2O；

(4) 根据题意可知，NH4HCO3溶液显碱性，则若将滤液加入该溶液中会反应生成Co(OH)2杂质，

故答案为：将滤液加入显碱性的NH4HCO3溶液中会生成Co(OH)2杂质；

（5） ，

故答案为： ；

（6）分析可知实验中获得的若洗涤不充分会含有氯化铵杂质，在焙烧时氯化铵分解会产生污染性气体HCl和NH3；

故答案为：灼烧时，CoCO3中残留的NH4Cl分解产生NH3和HCl；

（7）CoCO3生成Co2O3的同时，还会有二氧化碳与一氧化碳生成，其化学方程式为：2CoCO3Co2O3+CO2↑+CO↑，

故答案为：2CoCO3Co2O3+CO2↑+CO↑。