Question

1．廢舊鋰離子電池的正極材料試樣（主要含有LiCoO₂及少量Al、Fe等）可通過下列方法回收鈷、鋰．


已知：
①Co（OH）₂是兩性氫氧化物．
②

氫氧化物	Al（OH）3	Fe（OH）3	Fe（OH）3
開始沉淀的pH	3.1	7.1	2.2
完全沉淀的pH	4.7	9.7	3.7

請回答下列問題：
（1）浸出過程中為加快浸出速率，可以采取的措施有充分攪拌、升高溫度（寫出兩點）．
（2）浸出過程中Na₂S₂O₃被氧化為Na₂SO₄的化學方程式為8LiCoO₂+11H₂SO₄+Na₂S₂O₃=4Li₂SO₄+8CoSO₄+Na₂SO₄+11H₂O．該過程中可用鹽酸代替H₂SO₄和Na₂S₂O₃，但缺點是生成氯氣，污染環(huán)境．
（3）濾渣的成分為Al（OH）₃、Fe（OH）₃，充入空氣的目的是將Fe²⁺被氧化為Fe³⁺．
（4）沉鈷過程中不使用NaOH溶液的原因是Co（OH）₂是兩性氫氧化物，能與NaOH溶液反應導致沉淀的質量減少．當溶液中c（Co²⁺）≤10^-5mol•L^-1時即認為沉淀完全，則需要控制x≥9（K_sp[Co（OH）₂]=1.0×10^-15）．制得的Co（OH）₂不宜在空氣中長期放置，會被空氣中的O₂氧化成Co（OH）₃，化學反應方程式為4Co（OH）₂+O₂+2H₂O=4Co（OH）₃．
（5）碳酸鋰的溶解度隨溫度的變化如右圖所示，則洗滌碳酸鋰沉淀時應選熱水（填“熱水”或“冷水”）．

Answer 1

分析 廢舊鋰離子電池的正極材料主要含有LiCoO₂（也表示為：Li₂O•Co₂0₃）及少量Al、Fe等，向樣品中加入稀硫酸、硫代硫酸鈉，Na₂S₂O₃被氧化為Na₂SO₄，Co³⁺被還原為Co²⁺，Al、Fe也溶解，然后向溶液中通入空氣，F(xiàn)e²⁺被氧化生成Fe³⁺，加入氫氧化鈉溶液調節(jié)溶液pH=5，使Al³⁺、Fe³⁺轉化為Al（OH）₃、Fe（OH）₃沉淀，過濾除去，濾液中再加入氨水使Co²⁺轉化為Co（OH）₂沉淀，過濾后向濾液中加入Na₂CO₃，得到沉淀Li₂CO₃．
（1）攪拌、升高溫度、增大酸的濃度、將正極材料粉碎等都可以加快浸出速率；
（2）浸出過程中Na₂S₂O₃被氧化為Na₂SO₄，+3價Co還原為+2Co，反應生成CoSO₄、Li₂SO₄、Na₂SO₄與水；用鹽酸代替H₂SO₄和Na₂S₂O₃，會氧化生成氯氣，污染環(huán)境；
（3）濾渣的成分為氫氧化鐵、氫氧化鋁；溶液中通入空氣將Fe²⁺被氧化為Fe³⁺，以便調節(jié)pH轉化為沉淀，過濾除去；
（4）Co（OH）₂是兩性氫氧化物，NaOH溶液可以溶解Co（OH）₂；
根據(jù)K_sp[Co（OH）₂]=c（Co²⁺）×c²（OH^-）=1.0×10^-15計算c（OH^-），進而計算控制溶液pH；
Co（OH）₂會被空氣中的O₂氧化成Co（OH）₃，與氫氧化亞鐵氧化類似；
（5）碳酸鋰的溶解度隨溫度的升高而減小，應采取熱水洗滌，減少因溶解導致的損失．

解答 解：廢舊鋰離子電池的正極材料主要含有LiCoO₂（也表示為：Li₂O•Co₂0₃）及少量Al、Fe等，向樣品中加入稀硫酸、硫代硫酸鈉，Na₂S₂O₃被氧化為Na₂SO₄，Co³⁺被還原為Co²⁺，Al、Fe也溶解，然后向溶液中通入空氣，F(xiàn)e²⁺被氧化生成Fe³⁺，加入氫氧化鈉溶液調節(jié)溶液pH=5，使Al³⁺、Fe³⁺轉化為Al（OH）₃、Fe（OH）₃沉淀，過濾除去，濾液中再加入氨水使Co²⁺轉化為Co（OH）₂沉淀，過濾后向濾液中加入Na₂CO₃，得到沉淀Li₂CO₃．
（1）浸出過程中為加快浸出速率，可以采取的措施有：充分攪拌、升高溫度、增大酸的濃度、將正極材料粉碎等，
故答案為：充分攪拌、升高溫度等；
（2）浸出過程中Na₂S₂O₃被氧化為Na₂SO₄，+3價Co還原為+2Co，反應生成CoSO₄、Li₂SO₄、Na₂SO₄與水，反應方程式為：8LiCoO₂+11H₂SO₄+Na₂S₂O₃=4Li₂SO₄+8CoSO₄+Na₂SO₄+11H₂O，用鹽酸代替H₂SO₄和Na₂S₂O₃，會氧化生成氯氣，污染環(huán)境，
故答案為：8LiCoO₂+11H₂SO₄+Na₂S₂O₃=4Li₂SO₄+8CoSO₄+Na₂SO₄+11H₂O；生成氯氣，污染環(huán)境；
（3）濾渣的成分為Al（OH）₃、Fe（OH）₃；溶液中通入空氣將Fe²⁺被氧化為Fe³⁺，以便調節(jié)pH轉化為沉淀，過濾除去，
故答案為：Al（OH）₃、Fe（OH）₃；將Fe²⁺被氧化為Fe³⁺；
（4）Co（OH）₂是兩性氫氧化物，NaOH溶液可以溶解Co（OH）₂，導致固體質量減少，
當溶液中c（Co²⁺）≤10^-5mol•L^-1時即認為沉淀完全，根據(jù)K_sp[Co（OH）₂]=c（Co²⁺）×c²（OH^-）=1.0×10^-15，可知c（OH^-）=10^-5mol•L^-1，故c（H⁺）=10^-9mol•L^-1，則控制溶液pH≥9，
Co（OH）₂會被空氣中的O₂氧化成Co（OH）₃，與氫氧化亞鐵氧化類似，反應方程式為：4Co（OH）₂+O₂+2H₂O=4Co（OH）₃，
故答案為：Co（OH）₂是兩性氫氧化物，能與NaOH溶液反應導致沉淀的質量減少；9；4Co（OH）₂+O₂+2H₂O=4Co（OH）₃；
（5）碳酸鋰的溶解度隨溫度的升高而減小，應采取熱水洗滌，減少因溶解導致的損失，
故答案為：熱水．

點評 本題考查物質制備工藝流程，涉及物質的分離提純、條件控制、對原理的分析等，明確流程圖中各個步驟發(fā)生的反應或操作目的是解本題關鍵，是對學生綜合能力的考查，題目難度中等．