Question

【題目】（11分）近年來，隨著鋰離子電池的廣泛應用，廢鋰離子電池的回收處理至關重要。下面是利用廢鋰離子電池正極材料（有Al、LiCoO2、Ni、Mn、Fe等）回收鈷、鎳、鋰的流程圖。

已知：P204[二(2乙基己基)磷酸酯]常用于萃取錳，P507(2乙基己基膦酸2乙基己酯）和Cyanex272[二(2，4，4)三甲基戊基次磷酸]常用于萃取鈷、鎳。

回答下列問題：

（1）在硫酸存在的條件下，正極材料粉末中LiCoO2與H2O2反應能生成使帶火星木條復燃的氣體，請寫出反應的化學方程式__________________________________。

（2）一些金屬難溶氫氧化物的溶解度（用陽離子的飽和濃度表示）與pH的關系圖如下：

加入NaOH溶液調pH=5可除去圖中的________（填金屬離子符號）雜質；寫出除去金屬離子的離子方程式________________________（一種即可）。

（3）已知P507萃取金屬離子的原理為nHR(Org)+Mn+(aq)MRn(Org)+nH+(aq)，且隨著萃取過程中pH降低，萃取效率下降。萃取前先用NaOH對萃取劑進行皂化處理，皂化萃取劑萃取金屬離子的反應為nNaR(Org)+Mn+(aq)MRn(Org)+nNa+(aq)。對萃取劑進行皂化處理的原因為________________。

（4）控制水相pH=5.2，溫度25℃，分別用P507、Cyanex272作萃取劑，萃取劑濃度對萃取分離鈷、鎳的影響實驗結果如圖所示。

■—Co(Cyanex272)；●—Ni(Cyanex272)；▲—Co(P507)；▼—Ni(P507)

由圖可知，鈷、鎳的萃取率隨萃取劑濃度增大而_________（填“增大”或“減小”）；兩種萃取劑中___________（填“P507”或“Cyanex272”）的分離效果比較好，若選P507為萃取劑，則最適宜的萃取劑濃度大約為__________mol·L1；若選Cyanex272萃取劑，則最適宜的萃取劑濃度大約為___________mol·L1。

（5）室溫下，用NaOH溶液調節鈷萃余液的pH=12，攪拌一段時間后，靜置，離心分離得到淡綠色氫氧化鎳固體，鎳沉淀率可達99.62%。已知Ksp[Ni(OH)2]=5.25×1016，則沉鎳母液中Ni2+的濃度為2.1×1011 mol·L1時，pH=______(lg5=0.7)。

Answer 1

【答案】2LiCoO2+3H2SO4+H2O2Li2SO4+O2↑+2CoSO4+4H2O Fe3+、Al3+（1分，少選和錯選沒分） Fe3+ +3OHFe(OH)3或Al3+ +3OHAl(OH)3（合理即可） 維持萃取過程中pH恒定 增大 Cyanex272 0.25 0.4 11.7

【解析】

（1）LiCoO2與硫酸和H2O2反應生成能使帶火星木條復燃的氣體，說明LiCoO2在硫酸作用下把H2O2氧化成O2，+3價Co降低為+2價的Co2+，方程式為2LiCoO2+3H2SO4+H2O2Li2SO4+O2↑+

2CoSO4+4H2O。

（2）由圖可知，加入NaOH溶液調pH=5時，Fe3+、Al3+沉淀完全，所以去除Fe3+的離子方程式為Fe3++3OHFe(OH)3，去除Al3+的離子方程式為Al3++3OHAl(OH)3。

（3）nHR(Org)+Mn+(aq)MRn(Org)+ nH+(aq)，會使溶液酸性增強，萃取效率下降，故用NaOH進行皂化處理后離子反應變為nNaR(Org)+Mn+(aq)MRn(Org)+nNa+(aq)，反應前后pH基本不變，根據題意可知，萃取效率不會降低。故萃取前先用NaOH對萃取劑進行皂化處理的目的是維持萃取過程中pH恒定。

（4）由圖可知，鈷、鎳的萃取率隨萃取劑濃度增大而呈增大趨勢，萃取時“Cyanex272”比“P507”對鈷、鎳萃取率的差值大，Cyanex272分離效果好。選P507為萃取劑，濃度在0.25 mol·L1以后變化不大，所以0.25 mol·L1最好；選Cyanex272萃取劑，濃度在0.40 mol·L1以后變化不大，所以0.4 mol·L1最好。

（5）Ksp[Ni(OH)2]=c(Ni2+)·c2(OH)=5.25×1016，c2(OH)==2.5×105，c(OH)=5×103，pOH=3lg5=2.3，pH=14pOH=142.3=11.7。