Question

【題目】廢舊硬質合金刀具中含碳化鎢(WC)、金屬鈷(Co)及少量雜質鐵，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，鹽酸為電解質溶液。電解時陽極的電極反應有：Co-2e-＝Co2+和______。

（2）通入氨氣的目的是調節溶液的pH，除去鐵元素。由表中的數據可知，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。若僅從沉淀轉化角度考慮，在0.01mol/L Na2C2O4溶液中加入CoCO3固體能否轉化為CoC2O4沉淀？通過計算說明：_________。

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

（7）CoCO3生成Co2O3的化學方程式是_________。

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 灼燒時，CoCO3中殘留的NH4Cl分解產生NH3和HCl 2CoCO3Co2O3+CO2↑+CO↑

【解析】

由題給工藝流程知，以鹽酸為電解質溶液，以廢舊刀具作陽極，不銹鋼作陰極，進行電解，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，調節pH在3.2到5.8之間，將鐵離子轉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，據此分析作答。

（l）依據電解原理可知，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生氧化反應；
（2）通入氨氣的目的是調節溶液的pH，為了使鐵元素完全沉淀，同時不讓鈷元素沉淀下來，根據表格數據作答；

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

（6）實驗中獲得的若洗滌不充分會含有氯化銨雜質，在焙燒時氯化銨受熱易分解；

（7）依據氧化還原反應的規律可知，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溶液，依據陽極活潑金屬放電的規律可知，除了Co失電子以外還有Fe也會失電子發生氧化反應，其電極反應式為：Fe -2e- = Fe2+；

故答案為：Fe -2e- = Fe2+；

(2)通入氨氣的目的是調節溶液的pH，除去鐵元素。由表中的數據可知，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) 根據題意可知，NH4HCO3溶液顯堿性，則若將濾液加入該溶液中會反應生成Co(OH)2雜質，

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；

（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，在焙燒時氯化銨分解會產生污染性氣體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，其化學方程式為：2CoCO3Co2O3+CO2↑+CO↑，

故答案為：2CoCO3Co2O3+CO2↑+CO↑。