Question

2．2006年世界锂离子电池总产量超过25亿只，锂电池消耗量巨大，对不可再生的金属资源的消耗是相当大的．因此锂离子电池回收具有重要意义，其中需要重点回收的是正极材料，其主要成分为钴酸锂（LiCoO₂）．导电乙炔黑（一种炭黑）．铝箔以及有机粘接剂．某回收工艺流程如下：

（1）上述工艺回收到的产物有Al（OH）₃、CoSO₄、Li₂CO₃．
（2）废旧电池可能由于放电不完全而残留有原子态的锂，为了安全对拆解环境的要求是隔绝空气和水分．
（3）碱浸时主要反应的离子方程式为2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑．
（4）酸浸时反应的化学方程式为2LiCoO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Li₂SO₄+2CoSO₄+O₂↑+4H₂O．如果用盐酸代替H₂SO₄和H₂O₂的混合液也能达到溶解的目的，但不利之处是有氯气生成，污染较大．
（5）生成Li₂CO₃的化学反应方程式为Li₂SO₄+Na₂CO₃=Na₂SO₄+Li₂CO₃↓．已知Li₂CO₃在水中的溶解度随着温度升高而减小，最后一步过滤时应趁热
（6）CO和铁粉在一定条件下可以合成五羰基合铁[Fe（CO）₅]，该物质可用作无铅汽油的防爆剂，是一种浅黄色液体，易溶于苯等有机溶剂，不溶于水，光照时生成Fe₂（CO）₉，60℃发生自燃． 今将一定量的Fe（CO）₅的苯溶液，用紫外线照射片刻．取照射后的溶液完全燃烧，得到30.58gCO₂、5.4gH₂O及1.6g红棕色粉末．红棕色粉末的化学式为Fe₂O₃，照射后的溶液中Fe（CO）₅和Fe₂ （CO）₉的物质的量之比为2：1．

Answer 1

分析 铝钴膜废料中含有LiCo0₂和铝箔，将废料先用碱液浸泡，将Al充分溶解，过滤后得到的滤液为含有偏铝酸钠，滤渣为LiCo0₂；通过调节滤液的pH，将偏铝酸钠转化成氢氧化铝沉淀；将滤渣用双氧水、硫酸处理后生成Li₂SO₄、CoSO₄，反应的离子方程式为：2LiCoO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Li₂SO₄+2CoSO₄+O₂↑+4H₂O，通过操作分别分离出Li₂SO₄、CoSO₄，通过浓缩、加入饱和碳酸钠溶液后过滤，最后得到碳酸锂固体，
（1）根据工艺流程的最终产物可判断回收到的产物，应为Al（OH）₃、CoSO₄、Li₂CO₃；
（2）从金属锂的化学性质分析，锂为活泼金属；
（3）根据所加入的反应物以及生成物结合质量守恒定律和电荷守恒定律来书写离子方程式；
（4）根据所加入的反应物以及生成物结合质量守恒定律来书写化学方程式；由题中信息知LiCoO₂具有强氧化性，加入盐酸有污染性气体氯气生成；
（5）根据质量守恒定律来书写化学方程式，Li₂CO₃在水中的溶解度随着温度的升高而减小，应趁热过滤；
（6）依据含铁的化合物的颜色判断产物；依据铁原子和碳原子个数守恒计算解答Fe（CO）₅和Fe₂（CO）₉的物质的量之比．

解答 解：铝钴膜废料中含有LiCo0₂和铝箔，将废料先用碱液浸泡，将Al充分溶解，过滤后得到的滤液为含有偏铝酸钠，滤渣为LiCo0₂；通过调节滤液的pH，将偏铝酸钠转化成氢氧化铝沉淀；将滤渣用双氧水、硫酸处理后生成Li₂SO₄、CoSO₄，反应的离子方程式为：2LiCoO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Li₂SO₄+2CoSO₄+O₂↑+4H₂O，通过操作分别分离出Li₂SO₄、CoSO₄，通过浓缩、加入饱和碳酸钠溶液后过滤，最后得到碳酸锂固体，
（1）工艺流程的最终产物为：Al（OH）₃、CoSO₄、Li₂CO₃，故答案为：Al（OH）₃、CoSO₄、Li₂CO₃；
（2）金属锂性质活泼，易与氧气、水发生反应，应隔绝空气和水分，故答案为：隔绝空气和水分；
（3）铝能与碱反应生成AlO₂^-，反应的离子方程式为2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，故答案为：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；
（4）酸浸时反应物有硫酸、过氧化氢以及LiCoO₂，生成物有Li₂SO₄和CoSO₄，反应方程式为：2LiCoO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Li₂SO₄+2CoSO₄+O₂↑+4H₂O，由题中信息知LiCoO₂具有强氧化性，加入盐酸有污染性气体氯气生成，
故答案为：2LiCoO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Li₂SO₄+2CoSO₄+O₂↑+4H₂O；有氯气生成，污染较大；
（5））碳酸锂难溶，生成Li₂CO₃的化学反应属于复分解反应，方程式为Li₂SO₄+Na₂CO₃=Na₂SO₄+Li₂CO₃↓，Li₂CO₃在水中的溶解度随着温度的升高而减小，应趁热过滤，
故答案为：Li₂SO₄+Na₂CO₃=Na₂SO₄+Li₂CO₃↓；趁热；
（6）铁的化合物中只有Fe₂O₃为红棕色，所以该固体为Fe₂O₃，5.4g H₂O为苯燃烧生成，则
C₆H₆～6CO₂～3H₂O
6            3
n（CO₂）  $\frac{5.4g}{18g/mol}$
得 n（CO₂）=0.6mol
设Fe（CO）₅的物质的量为xmol，Fe₂（CO）₉的物质的量为ymol，
则依据铁原子个数守恒可知，x+2y=$\frac{1.6g}{160g/mol}$×2=0.02mol；
依据碳原子个数守恒可知：5x+9y=$\frac{30.58g}{44g/mol}$-0.6mol=0.095mol；
解得：x=0.01mol y=0.005mol x：y=2：1；
故答案为：Fe₂O₃；2：1．

点评 本题为生产流程题，涉及金属的回收、环境保护、氧化还原反应、物质的分离提纯和除杂等问题，考查了实验的设计，方程式的书写，化学平衡表达式的书写，物质的量的计算题目较为综合，做题时注意仔细审题，从题目中获取关键信息．本题难度中等．