Question

【題目】可通過下列流程回收廢舊鋰離子電池正極材料(LiCoO2，含少量Al、Fe)中的鈷和鋰。

回答下列問題：

(1)“酸溶、還原”過程中S2O32-轉化為SO42-，LiCoO2參與反應的離子方程式為____________________________________。

(2)“廢渣”的主要成分為___________________。

(3)“沉鈷”過程中，當溶液的pH=10時，c(Co2+)=______mol· L-1(已知常溫下KSP[Co(OH)2]=1.58×10-15)。

(4)在空氣中加熱Co(OH)2，固體殘留率隨溫度的變化如圖所示。

290℃時，完全脫水變為Co2O3，反應的化學方程式為_______________；500℃時的主要產物為_____________(填化學式)；將1000℃時的分解產物1mol與2.2mol Na2O(稍過量)在充氬封閉管中共熱，會生成鮮紅色的晶體，該晶體的陰離子為正三角形結構，晶體的化學式為__________________。

(5)“濾液X”中最主要的溶質是_______________(填化學式)。

Answer 1

【答案】S2O32-+8LiCoO2+22H+=2SO42-+8Li++8Co2++11H2O Al(OH)3、Fe(OH)3 1.58×10-7 4Co(OH)2+O22Co2O3+4H2O Co3O4 Na4CoO3 Na2SO4

【解析】

電池正極材料主要含有LiCoO2及少量Al、Fe等，加入稀H2SO4溶解后鐵、鋁溶解生成硫酸亞鐵、硫酸鋁，加入Na2S2O3，S2O32-被氧化成SO42-，生成的溶液中含有硫酸鋰、硫酸鈷、硫酸鈉，加入氫氧化鈉溶液并通入空氣氧化亞鐵離子為鐵離子，形成氫氧化鐵沉淀、氫氧化鋁沉淀，濾液中繼續加入氫氧化鈉調節溶液pH，沉淀鈷，過濾得到氫氧化鈷，濾液中加入碳酸鈉調節溶液pH，沉淀鋰離子形成碳酸鋰，得到濾液X的主要溶質為硫酸鈉。

（1）正極材料含有LiCoO2及少量Al、Fe等，加入稀H2SO4、Na2S2O3，S2O32-被氧化成SO42-，具有還原性，正極材料中只有LiCoO2具有氧化性，與Na2S2O3反應生成CoSO4，反應化學方程式為：8LiCoO2+Na2S2O3+11H2SO4=4Li2SO4+8CoSO4+Na2SO4+11H2O，其離子反應方程式為：S2O32-+8LiCoO2+22H+=2SO42-+8Li++8Co2++11H2O，故答案為：S2O32-+8LiCoO2+22H+=2SO42-+8Li++8Co2++11H2O；

（2）加入氫氧化鈉溶液并通入空氣氧化亞鐵離子為鐵離子，并形成氫氧化鐵、氫氧化鋁的沉淀，所以“廢渣”的主要成分為：Al(OH)3、Fe(OH)3，故答案為：Al(OH)3、Fe(OH)3；

（3）當溶液的pH=10時，溶液中c（H+）=10-10mol/L，c（OH-）=10-4mol/L，則Ksp[Co(OH)2]=c（Co2+）×c2（OH-）=1.58×10-15，c（Co2+）=1.58×10-7mol·L-1，故答案為：1.58×10-7；

（4）根據質量守恒定律，在變化過程中，Co的質量沒有變，假設原始固體質量為100g，則n（Co）= mol，m（Co）=59×g；在1000℃時，固體質量不再變化，說明Co（OH）2完全分解，n（Co）：n（O）=：[（80.65-59×）÷16]=1：1，剩余固體成分CoO；在500℃，n（Co）：n（O）=：[（86.38-59×）÷16]=3：4，化學式為Co3O4；在290℃，n（Co）：n（O）=：[（89.25-59×）÷16]=2：3，化學式為Co2O3；290℃時，Co(OH)2完全脫水變為Co2O3，反應的化學方程式為4Co(OH)2+O22Co2O3+4H2O ，500℃時的主要產物為：Co3O4；將1000℃時的分解產物為：CoO，1molCoO與2.2mol Na2O在充氬封閉管中共熱，會生成鮮紅色的晶體，陰離子為正三角形結構，則陰離子為：CoO34-，其晶體的化學式為：Na4CoO3，故答案為：4Co(OH)2+O22Co2O3+4H2O；

Co3O4；Na4CoO3；

（5）根據上述分析得到的“濾液X”中最主要的溶質是：Na2SO4，故答案為：Na2SO4。