Question

【題目】目前鈷酸鋰(LiCoO2)鋰離子電池應用十分廣泛，從廢舊鈷酸鋰理離子電池中回收鋁、鐵、鈷、鋰等元素成了重要的研究課題，某小組模擬工業流程從廢舊電池中對上述元素進行提取。

已知：①濾液1中陽離子有H+、CO3+、Fe3+、Al3+、Li+等；

②幾種物質不同溫度下的溶解度如下表所示：

T/℃	20	40	60	80
S(Li2CO3)/g	1.33	1.17	1.01	0.85
S(Li2SO4)/g	34.2	32.8	31.9	30.7

（1）鈷酸鋰（LiCoO2）中鈷元素的化合價是_______________。

（2）上述流程中將CoO2-轉化為Co3+的離子方程式為_________________。

（3）濾液1中加入Na2SO3的主要目的是_____________________；加入NaClO3的主要目的是____________。

（4）為了使Fe3+、Al3+沉淀完全（通常認為金屬離子濃度小于或等于10-5mol·L-1時表示已沉淀完全）加入氨水調節pH的最小值是____________（保留一位小數）。{已知：Ksp[Fe(OH)3]=1.0×10-39，Ksp[Al(OH)3]=2.7×10-34，lg3=0.52}

（5）濾液3中加入飽和Na2CO3溶液，過濾后，需要用“熱水洗滌”的原因是_________。

（6）為得到高純度的Li2CO3，需將粗產品Li2CO3與鹽酸反應制得的LiCl進行電解。其原理如圖所示：

①電解時陽極的電解反應式為_____________________。

②電解后向產品LiOH溶液中加入過濾NH4HCO3溶液生成Li2CO3，反應的化學方程式為__________。

Answer 1

【答案】+3 4H++CoO2=== 2H2O+Co3+ 將Co3+氧化為Co2+ 將Fe2+氧化為Fe3+ 4.5 Li2CO3溶解度隨溫度升高而減小，熱水洗滌可減少Li2CO3的損失 2Cl--e-===Cl2↑ 2LiOH+2NH4HCO3===Li2CO3 + (NH4 )2CO3 + 2H2O

【解析】

（1）鈷酸鋰（LiCoO2）中鋰的化合價為+1、氧為-2價，根據化合物化合價代數和為0可知，鈷元素的化合價是+3價；（2）根據流程可知，廢舊電池燃燒除去碳及有機物后利用硫酸浸泡得到的濾液1中陽離子有H+、CO3+、Fe3+、Al3+、Li+等；故將CoO2-轉化為Co3+的離子方程式為4H++CoO2=== 2H2O+Co3+；（3）濾液1中陽離子有H+、CO3+、Fe3+、Al3+、Li+等；亞硫酸鈉具有還原性，能將Co3+氧化為Co2+；NaClO3具有氧化性，能將浸出液中的Fe2+氧化為Fe3+；（4）依據已知的Ksp[Al(OH)3]=2.7×10-34，Ksp[Fe(OH)3]=1.0×10-39，可以求得Al3+和Fe3+完全以氫氧化物沉淀時（即金屬離子濃度小于10-5mol·L-1時）的pH分別為：4.5和3.4；，加入氨水調節pH的最小值是4.5；（5）濾液3中加入飽和Na2CO3溶液，過濾后，需要用“熱水洗滌”的原因是Li2CO3溶解度隨溫度升高而減小，熱水洗滌可減少Li2CO3的損失；（6）①電解LiCl溶液時陽極氯離子失電子產生氯氣，電解反應式為2Cl--e-=Cl2↑；②電解后向產品LiOH溶液中加入過濾NH4HCO3溶液生成Li2CO3，反應的化學方程式為2LiOH+2NH4HCO3===Li2CO3 + (NH4 )2CO3 + 2H2O。