Question

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Co_xO_y，的工藝流程簡(jiǎn)圖如下：
已知：

金屬離子	開(kāi)始沉演的pH	沉淀完全的pH
Fe3+	1.1	3.2
Fe2+	5.8	9.6
Co2+	5.8	9.4

（l）電解時(shí)廢舊刀具作陽(yáng)極，不銹鋼作陰極，鹽酸的作用是

 

．
（2）通人氨氣的目的是調(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）實(shí)驗(yàn)測(cè)得NH₄HCO₃溶液顯堿性，制備CoCO₃時(shí)，選用的加料方式是

 

（填代號(hào)），原因是

 

．
a．將濾液與NH₄HCO₃溶液同時(shí)加入到反應(yīng)容器中
b．將濾液緩慢加入到盛有NH₄HCO₃溶液的反應(yīng)容器中
c．將NH₄HCO₃溶液緩慢加入到盛有濾液的反應(yīng)容器中
寫(xiě)出生成CoCO₃的離子方程式

 

．
（4）實(shí)驗(yàn)中獲得的若洗滌不充分，在焙燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生污染性氣體，該污染性氣體的成分為

 

（填化學(xué)式）．
（5）實(shí)驗(yàn)室用下列裝置制取Co_xO_y，并測(cè)定其化學(xué)式

①裝置A制得的中含有少量Cl₂，則裝置B中所盛放的試劑為

 

（填代號(hào)）．
a．NaHCO₃溶液    b．NaOH溶液    c．KMnO₄溶液    d．飽和NaCl溶液
②在CoCO₃完全轉(zhuǎn)化為Co_xO_y后，若稱(chēng)得E管增重4.40g，D管內(nèi)殘留物質(zhì)的質(zhì)量是8.30g，則生成物Co_xO_y的化學(xué)式為

 

．
③若缺少裝置F，則導(dǎo)致

x

y

的值

 

（填“偏大”、“偏小”或“無(wú)影響”）．

Answer 1

考點(diǎn)：制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì),物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用

專(zhuān)題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：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(yáng)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(guò)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CoxOy；
（l）電解時(shí)廢舊刀具作陽(yáng)極，不銹鋼作陰極，鹽酸的作用是作電解質(zhì)溶液；
（2）通人氨氣的目的是調(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3.2≤pH＜5.8；
（3）實(shí)驗(yàn)測(cè)得NH₄HCO₃溶液顯堿性，制備CoCO₃時(shí)，為防止生成氫氧化鈷沉淀，選用的加料方式是c．將NH₄HCO₃溶液緩慢加入到盛有濾液的反應(yīng)容器中生成CoCO₃離子；
（4）實(shí)驗(yàn)中獲得的若洗滌不充分會(huì)含有氯化銨雜質(zhì)，在焙燒時(shí)氯化銨分解會(huì)產(chǎn)生污染性氣體HCl和NH₃；
（5）①裝置A中制得的O₂中含有少量的Cl₂，B裝置中所盛放的物質(zhì)用于吸收Cl₂；
a、飽和NaHCO₃溶液可以吸收氯氣，但生成二氧化碳，影響二氧化碳質(zhì)量的測(cè)定；
b、NaOH溶液可以吸收氯氣，氧氣的量不變；
c．KMnO₄溶液不能吸收氯氣；
d．飽和NaCl溶液不能吸收氯氣；
②由題給裝置圖可知，實(shí)驗(yàn)通過(guò)測(cè)定裝置E中的增重，確定生成的二氧化碳的質(zhì)量，再利用n（C）=n（Co）可知Co_xO_y中Co的物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算Co的質(zhì)量，裝置D管內(nèi)殘留物質(zhì)是Co_xO_y，計(jì)算出氧元素質(zhì)量，再計(jì)算氧原子的物質(zhì)的量，根據(jù)原子物質(zhì)的量之比確定化學(xué)式；
③缺少F裝置，裝置E中堿石灰可以吸收空氣中水蒸氣、二氧化碳，造成二氧化碳質(zhì)量偏大，進(jìn)而Co的質(zhì)量偏大，x：y的值偏大；

解答： 解：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(yáng)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(guò)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CoxOy；
（l）電解時(shí)廢舊刀具作陽(yáng)極，不銹鋼作陰極，鹽酸的作用是作電解質(zhì)溶液；
故答案為：做電解質(zhì)溶液；
（2）通人氨氣的目的是調(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3.2≤pH＜5.8；
故答案為：3.2≤pH＜5.8；
（3）實(shí)驗(yàn)測(cè)得NH₄HCO₃溶液顯堿性，制備CoCO₃時(shí)，為防止生成氫氧化鈷沉淀，選用的加料方式是c．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：c，防止生成Co（OH）₂沉淀，Co²⁺+2HCO₃^-=CoCO₃↓+CO₂↑+H₂O；
（4）分析可知實(shí)驗(yàn)中獲得的若洗滌不充分會(huì)含有氯化銨雜質(zhì)，在焙燒時(shí)氯化銨分解會(huì)產(chǎn)生污染性氣體HCl和NH₃；
故答案為：HCl和NH₃；
（5）由題給裝置圖可知，實(shí)驗(yàn)通過(guò)測(cè)定裝置E中的增重，確定生成的二氧化碳的質(zhì)量，再利用n（C）=n（Co）可知Co_xO_y中Co的物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算Co的質(zhì)量，裝置D管內(nèi)殘留物質(zhì)是Co_xO_y，計(jì)算出氧元素質(zhì)量，再計(jì)算氧原子的物質(zhì)的量，根據(jù)原子物質(zhì)的量之比確定化學(xué)式；
①裝置A中制得的O₂中含有少量的Cl₂，B裝置中所盛放的物質(zhì)用于吸收Cl₂；
a、飽和NaHCO₃溶液可以吸收氯氣，但生成二氧化碳，影響二氧化碳質(zhì)量的測(cè)定，故a錯(cuò)誤；
b、NaOH溶液可以吸收氯氣，氧氣的量不變，故b正確；
c．KMnO₄溶液不能吸收氯氣，故c錯(cuò)誤；
d．飽和NaCl溶液不能吸收氯氣，故d錯(cuò)誤；
故答案為：b；
②E管增重4.40g是二氧化碳的質(zhì)量，物質(zhì)的量為0.1mol，根據(jù)化學(xué)式CoCO₃可知，n（Co）=n（C）=0.1mol，Co的質(zhì)量為0.1mol×59g/mol=5.9g，D管內(nèi)殘留物質(zhì)的質(zhì)量8.30g是Co_xO_y的質(zhì)量，Co_xO_y中氧元素質(zhì)量為8.3g-5.9g=2.4g，氧原子的物質(zhì)的量n（O）=0.15mol，n（Co）：n（O）=0.1mol：0.15mol=2：3，該鈷的氧化物的化學(xué)式為Co₂O₃；
故答案為：Co₂O₃；
③缺少F裝置，裝置E中堿石灰可以吸收空氣中水蒸氣、二氧化碳，造成二氧化碳質(zhì)量偏大，進(jìn)而Co的質(zhì)量偏大，x：y的值偏大；
故答案為：偏大．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了物質(zhì)組成，物質(zhì)性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)分析判斷，物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)過(guò)程分析應(yīng)用，主要是物質(zhì)性質(zhì)和實(shí)驗(yàn)基本操作的理解應(yīng)用，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．