Question

【題目】實驗室里，從廢舊鈷酸鋰離子電池的正極材料(在鋁箔上涂覆活性物質(zhì) LiCoO2)中，回收鈷、鋰的操作流程如圖所示：

回答下列問題。

(1)拆解廢舊電池獲取正極材料前，先將其浸入 NaCl 溶液中，使電池短路而放電，此時溶液溫度升高，該過程中能量的主要轉(zhuǎn)化方式為_____。

(2)“堿浸”過程中產(chǎn)生的氣體是_____；“過濾”所得濾液用鹽酸處理可得到氫氧化鋁，反應(yīng)的化學(xué)方程式為_________。

(3)“酸浸”時主要反應(yīng)的離子方程式為_____；若硫酸、Na2S2O3 溶液用一定濃度的鹽酸替代，也可以達(dá)到“酸浸”的目的，但會產(chǎn)生_________(填化學(xué)式)污染環(huán)境。

(4)“沉鈷”時，調(diào) pH 所用的試劑是_____；“沉鈷”后溶液中 c(Co2+)=_____。(已知：Ksp[Co(OH)2]=1.09×l0-15)

(5)根據(jù)如圖判斷，“沉鋰”中獲得Li2CO3 固體的操作主要包括_______、_______、洗滌、干燥等步驟。

Answer 1

【答案】化學(xué)能→電能→熱能 H2 NaAlO2+HCl+H2O＝NaCl+Al(OH)3↓ 8LiCoO2+S2O32-+22H+＝8Li++8Co2++2SO42-+11H2O Cl2 NaOH 溶液或氫氧化鈉固體 1.09×l0-6mol/L 蒸發(fā)濃縮 趁熱過濾

【解析】

由流程可知，加堿浸泡，發(fā)生2Al+2OH-+2H2O＝2AlO2-+3H2↑，固體殘渣為LiCoO2，加酸發(fā)生8LiCoO2+S2O32-+22H+＝8Li++8Co2++2SO42-+11H2O，調(diào)節(jié)pH沉鈷生成Co(OH)2，最后調(diào)節(jié)pH＞12時加加入碳酸鈉，發(fā)生的離子反應(yīng)為2Li++CO32-＝Li2CO3↓，母液含硫酸鈉，以此來解答。

（1）拆解廢舊電池獲取正極材料前，先將其浸入NaCl溶液中，使電池短路而放電，為原電池，此時溶液溫度升高，可知放熱，該過程中能量的主要轉(zhuǎn)化方式為化學(xué)能→電能→熱能；

（2）結(jié)合以上分析可知，“堿浸”過程中產(chǎn)生的氣體是H2；“過濾”所得濾液用鹽酸處理可得到氫氧化鋁，反應(yīng)的化學(xué)方程式為NaAlO2+HCl+H2O＝NaCl+Al(OH)3↓；

（3）根據(jù)流程可知，+3價的鈷被還原為+2價，做氧化劑，而硫代硫酸根離子做還原劑，被氧化為硫酸根離子，所以“酸浸”時主要反應(yīng)的離子方程式為8LiCoO2+S2O32-+22H+＝8Li++8Co2++2SO42-+11H2O；若硫酸、Na2S2O3溶液用一定濃度的鹽酸替代，也可以達(dá)到“酸浸”的目的，但鹽酸易被氧化為氯氣，會發(fā)生2LiCoO2+8HCl＝2LiCl+2CoCl2+Cl2↑+4H2O反應(yīng)，產(chǎn)生Cl2污染環(huán)境；

（4）由最終產(chǎn)物及加堿調(diào)節(jié)pH流程可知，“沉鈷”時，既能達(dá)到目的，又不能引入雜質(zhì)，調(diào)pH所用的試劑是NaOH，“沉鈷”后溶液中c（Co2+）=mol/L=1.09×l0-6 mol/L；

（5）由圖可知，溫度高時碳酸鋰的溶解度小，則“沉鋰”中獲得Li2CO3固體的操作主要包括蒸發(fā)濃縮、趁熱過濾、洗滌、干燥等步驟。