Question

【題目】鈷酸鋰（LiCoO2）電池是一種應(yīng)用廣泛的新型電源，電池中含有少量的鋁、鐵、碳等單質(zhì)。實(shí)驗(yàn)室嘗試對(duì)廢舊鈷酸鋰電池回收再利用。實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下：

已知：①還原性：Cl－>Co2＋；

②Fe3＋和結(jié)合生成較穩(wěn)定的[Fe（C2O4）3]3－，在強(qiáng)酸性條件下分解重新生成Fe3＋。回答下列問(wèn)題：

（1）廢舊電池初步處理為粉末狀的目的是________。

（2）從含鋁廢液得到Al（OH）3的離子方程式為___________

（3）濾液A中的溶質(zhì)除HCl、LiCl外還有________（填化學(xué)式）。寫(xiě)出LiCoO2和鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式____________

（4）濾渣的主要成分為_______（填化學(xué)式）。

（5）在空氣中加熱一定質(zhì)量的CoC2O4·2H2O固體樣品時(shí)，其固體失重率數(shù)據(jù)見(jiàn)下表，請(qǐng)補(bǔ)充完整表中問(wèn)題。

已知：①CoC2O4在空氣中加熱時(shí)的氣體產(chǎn)物為CO2。

②固體失重率＝對(duì)應(yīng)溫度下樣品失重的質(zhì)量/樣品的初始質(zhì)量。

序號(hào)	溫度范圍/℃	化學(xué)方程式	固體失重率
Ⅰ	120～220	CoC2O4·2H2O CoC2O4＋2H2O	19.67%
Ⅱ	300～350	______	59.02%

（6）已知Li2CO3的溶度積常數(shù)Ksp＝8.64×10－4，將濃度為0.02 mol·L－1的Li2SO4和濃度為0.02 mol·L－1的Na2CO3溶液等體積混合，則溶液中的Li＋濃度為________ mol·L－1。

Answer 1

【答案】增大接觸面積，加快反應(yīng)速率，提高浸出率 AlO2-＋CO2＋2H2O=Al（OH）3↓＋HCO3- FeCl3、CoCl2 2LiCoO2＋8HCl=2CoCl2＋Cl2↑＋4H2O＋2LiCl C 2CoC2O4＋O22CoO＋ 4CO2 0.02

【解析】

(1)從反應(yīng)物呈粉末狀接觸面積極大對(duì)反應(yīng)的影響來(lái)回答；

(2)流程圖知含鋁廢液呈堿性，因此是偏鋁酸根溶液中通過(guò)量二氧化碳，寫(xiě)得到Al（OH）3的離子方程式；

(3)濾液A的成分，從電池所含的物質(zhì)與HCl反應(yīng)來(lái)回答，當(dāng)然要排除已轉(zhuǎn)移到堿液中的鋁元素； LiCoO2和鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式，結(jié)合信息判斷是氧化還原反應(yīng)，按氧化還原反應(yīng)規(guī)律書(shū)寫(xiě)；

(4)濾渣的主要成分為廢電池總既不溶于酸又不溶于堿的成分；

(5) 補(bǔ)充完整表中問(wèn)題，要從所提供的信息、數(shù)據(jù)，結(jié)合元素質(zhì)量守恒定律計(jì)算得出；

(6)離子濃度的計(jì)算，先要用濃度是和KSP的關(guān)系判斷是否有碳酸鋰沉淀，如有沉淀，結(jié)合數(shù)據(jù)計(jì)算，如沒(méi)有沉淀，則就是混合溶液中離子的濃度；

廢舊鈷酸鋰鎳離子電池主要含有Fe、Al、碳的單質(zhì)和LiCoO2，初步處理，加堿浸泡，鋁和堿液反應(yīng)生成偏鋁酸鹽和氫氣，固體殘?jiān)鼮椋?/span>Fe、C的單質(zhì)和LiCoO2，加鹽酸Fe+2H+=Fe2++H2↑，2LiCoO2+8H++2Cl-=2Li++2Co2++Cl2↑+4H2O，殘?jiān)鼮?/span>C，濾液A為Fe3+、Li+、Co3+、Cl-，加入草酸銨，過(guò)濾沉淀為CoC2O42H2O，濾液B為：Fe3+、Li+、Cl-，加入碳酸鈉，發(fā)生的離子反應(yīng)為2Li++CO32-=Li2CO3↓，濾液C為Fe3+、Cl-，加入氧化劑防止鐵離子被還原，得氯化鐵溶液；

(1)廢舊電池初步處理為粉末狀的目的是：增大接觸面積，加快反應(yīng)速率，提高浸出率；

答案為：增大接觸面積，加快反應(yīng)速率，提高浸出率；

(2) 偏鋁酸鈉溶液中通入過(guò)量二氧化碳反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉，因此從含鋁廢液得到Al(OH)3的離子反應(yīng)方程式為：AlO2-＋CO2＋2H2O=Al（OH）3↓＋HCO3-；

答案為：AlO2-＋CO2＋2H2O=Al（OH）3↓＋HCO3-；

(3) LiCoO2中Li為+1價(jià)，Co為+3價(jià)，具有氧化性，HCl中-1價(jià)的氯具有還原性，向固體殘?jiān)�中加入鹽酸時(shí)，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，Co（+3→+2），Cl（-1→0），反應(yīng)表示為：2LiCoO2+8H++2Cl-=2Li++2Co2++Cl2↑+4H2O或2LiCoO2＋8HCl=2CoCl2＋Cl2↑＋4H2O＋2LiCl；，濾液A為Fe3+、Li+、Co3+、Cl-，故濾液A中的溶質(zhì)為HCl、LiCl、FeCl3、CoCl2；

答案為：FeCl3、CoCl2；2LiCoO2＋8HCl=2CoCl2＋Cl2↑＋4H2O＋2LiCl；

(4)上述分析可知，濾渣的主要成分為C；

答案為：C；

(5) 在空氣中加熱一定質(zhì)量的CoC2O4·2H2O固體樣品時(shí)，首先失去結(jié)晶水，在120～220℃時(shí)，固體失重率為19.76%，生成產(chǎn)物為CoC2O4；

由①可知，在120～220℃時(shí)，CoC2O4·2H2O完全失去結(jié)晶水生成CoC2O4，然后繼續(xù)升高溫度加熱，則CoC2O4分解生成氧化物，其分解失去的質(zhì)量為183g×59.02%=108g，剩余的質(zhì)量為183g-108g=75g，設(shè)產(chǎn)物的化學(xué)式為CoOx，則59+16x=75，解得x=1，則化學(xué)式為CoO，則反應(yīng)方程式為：2CoC2O4＋O22CoO＋ 4CO2；

答案為：2CoC2O4＋O22CoO＋ 4CO2；

(6) 將濃度為0.02molL-1的Li2SO4和濃度為0.02molL-1的Na2CO3溶液等體積混合，混合瞬間溶液中c(Li+) =0.02mol/L，c(CO32-) =0.01mol/L，計(jì)算濃度商 =4×10-6<Ksp=8.64×10-4，無(wú)沉淀生成，則此時(shí)溶液中Li+濃度為0.02mol/L；

答案為：0.02。