Question

【題目】金屬是不可再生的資源，通過回收廢舊的鋰電池提取鋰、鋁、鈷等重要的金屬具有重大的意義。已知鋰電池的正極材料為LiCoO2、炭黑、鋁箔及有機(jī)粘合劑，下面是回收的工藝流程：

(1)濾液X中通入過量CO2時發(fā)生的主要反應(yīng)的離子方程式為___________

(2)寫出酸浸時加入H2SO4、H2O2反應(yīng)的化學(xué)方程式______________________

(3)實驗室中萃取分離CoSO4、Li2SO4溶液時需要加入有機(jī)物W，若實驗過程中使用如圖裝置，則該裝置中存在的主要錯誤有______________________

(4)已知部分物質(zhì)的溶解度(g/100gH2O)情況如下表所示：

寫出濃縮后的溶液中加入飽和碳酸鈉溶液的離子反應(yīng)方程式______________________；為提高Li2CO3的產(chǎn)率，最后過濾實驗中需要注意的問題是______________________

(5)若廢舊的鋰電池拆解后先使用酸溶解，最終也可以得到Al(OH)3、CoSO4、Li2CO3。在酸浸中若Al3+濃度為0.1moL·L－1，則常溫時pH>______________________才能夠開始形成氫氧化鋁沉淀(已知氫氧化鋁Ksp=1.3×10-33、lg4.26=0.6、=2.35)

(6)已知100g廢舊的鋰電池中鈷酸鋰(LiCoO2)的含量為9.8%，若按照上述生產(chǎn)流程，可以生成2.4gLi2CO3，則其產(chǎn)率為______________________。

Answer 1

【答案】CO2+AlO2-+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3- 2 LiCoO2+3H2SO4+H2O2=Li2SO4+2CoSO4+4H2O+O2↑ 分液漏斗尖端未緊靠燒杯內(nèi)壁 ；液體過多。 2Li++CO32- =Li2CO3↓ 趁熱過濾 3.4 64.9%

【解析】

向廢舊鋰電池中加入NaOH溶液，Al反應(yīng)變?yōu)?/span>NaAlO2進(jìn)入溶液，LiCoO2不能反應(yīng)，仍以固體存在，通過過濾進(jìn)入濾渣；向濾液中通入足量CO2氣體，鋁元素變?yōu)闅溲趸�鋁沉淀析出，向濾渣中加入硫酸和雙氧水，其中的金屬元素轉(zhuǎn)化為硫酸鹽進(jìn)入溶液；分離混合物時需采用萃取、分液的方法，為充分萃取，溶液不能盛太多，且分液漏斗下端要緊貼燒杯內(nèi)壁；利用碳酸鋰溶解度小的特點，會從溶液中析出；碳酸鋰溶解度隨溫度升高而降低的特點，過濾時要趁熱過濾；利用溶度積常數(shù)，結(jié)合Al3+濃度計算形成沉淀時的pH大小；根據(jù)Li2CO3的實際產(chǎn)量占理論產(chǎn)量的百分比計算Li2CO3的產(chǎn)率。

(1)廢舊電池中的Al與NaOH溶液反應(yīng)變?yōu)?/span>AlO2-進(jìn)入溶液，向該濾液X中通入過量CO2時，Al元素變?yōu)闅溲趸�鋁沉淀析出，發(fā)生的主要反應(yīng)的離子方程式CO2+AlO2-+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3-；

(2)廢舊電池中的正極材料LiCoO2進(jìn)入濾渣，向濾渣中加入稀硫酸和雙氧水，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，兩種金屬轉(zhuǎn)化為硫酸鹽進(jìn)入溶液，雙氧水失去電子變?yōu)?/span>O2逸出，反應(yīng)的化學(xué)方程式是：2LiCoO2+3H2SO4+H2O2=Li2SO4+2CoSO4+4H2O+O2↑；

(3)萃取分離液體為了充分分離，漏斗內(nèi)液體不能超過2/3，圖示分液漏斗內(nèi)液體量太多，不符合要求；分離互不相容的兩層液體時，為防止液滴飛濺，應(yīng)該使分液漏斗下口緊貼燒杯內(nèi)壁，使液體沿?zé)�杯�?nèi)壁流下；

(4)根據(jù)圖示可知碳酸鋰的溶解度比相同溫度下的硫酸鋰小，而且隨溫度升高而增大，所以向濃縮后的混合溶液中加入飽和碳酸鈉溶液，Li+與CO32-會形成Li2CO3沉淀析出，反應(yīng)方程式是：2Li++CO32- =Li2CO3↓；為提高Li2CO3的產(chǎn)率，最后過濾時要趁熱過濾；

(5)Ksp[Al(OH)3]=c(Al3+)c3(OH-)=1.3×10-33，要形成沉淀，離子濃度的乘積就要大于溶度積常數(shù)，所以0.1mol/L×c3(OH-)>1.3×10-33，c3(OH-)>1.3×10-32，解得c(OH-)>=2.35×10-11mol/L，根據(jù)室溫下水的離子積常數(shù)Kw=10-14，可得c(H+)<10-14÷(2.35×10-11)=4.26×10-4mol/L，所以pH>3.4；

(6)已知100g廢舊的鋰電池中鈷酸鋰(LiCoO2)的含量為9.8%，其中含有鈷酸鋰質(zhì)量為m(LiCoO2)=100g×9.8%=9.8g，根據(jù)Li守恒，若按照上述生產(chǎn)流程，2mol LiCoO2可以生成1molLi2CO3，關(guān)系為2×98：74=9.8g：m(Li2CO3)，解得m(Li2CO3)=3.7g，實際得到質(zhì)量2.4g，所以Li2CO3的產(chǎn)率為(2.4÷3.7) ×100%=64.9%。