题目内容
【题目】利用废旧锂离子电池的正极材料，主要成分为 LiCoO2(难溶于水)还含有 Al以及少量 Ca、Mg、Cu、Fe 等。制备 Co3O4 微球的工艺流程如下：
回答下列问题：
(1)LiCoO2 中 Co 元素的化合价为______。
(2)配平步骤①中生成 Co2+的离子方程式为_____LiCoO2 +____H++_____H2 O2 =_____Co2++_____O2 
+_____Li++_____H 2O此过程中若用浓盐酸代替 H2SO4 和 H2O2的混合溶液，除因挥发使其利用率降低外，还有的缺点是_____。
(3)步骤②中，不同 pH 下溶液中金属离子的去除效果如下图所示。该过程加入NaOH调节溶液 pH 的最佳范围是______，理由是______。
(4)步骤④中，过滤、洗涤操作均需用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、_____。
(5)步骤⑤中，Co(OH)2 在空气中高温焙烧生成 Co3O4 的化学方程式为______。
【答案】+3 2 6 1 2 6 2 4 盐酸(或Cl-)可被LiCoO2氧化产生Cl2污染环境 5.5～6.0 在pH为5.5～6.0的范围内，Fe3+、Al3+、Cu2+杂质离子的去除率很高，而Co2+去除率很低，损失率较小 漏斗 6Co(OH)2+O2
2Co3O4+ 6H2O
【解析】
由流程图可知，步骤①在正极材料中加入硫酸和过氧化氢溶液，将LiCoO2生成Co2+；步骤②中，加入硫化钠和氟化钠除去溶液中的Cu2+、Mg2+、Ca2+离子,加入NaOH调节溶液pH到5.5～6.0，除去溶液中的Fe3+、Al3+、Cu2+离子；步骤③中，加入草酸铵、氨水和无水乙醇，使Co2+离子转化为Co（OH）2沉淀；步骤④中，过滤、洗涤、干燥得到Co（OH）2；步骤⑤中，Co(OH)2 在空气中高温焙烧生成 Co3O4。
（1）由化合价代数和为零可知，LiCoO2 中Co元素的化合价为+3，故答案为：+3；
（2）步骤①在正极材料中加入硫酸和过氧化氢溶液，过氧化氢做还原剂将LiCoO2生成Co2+，本身被氧化生成氧气，由升降法配平可得离子方程式：2LiCoO2 +6H++H2O2=2Co2++ O2
+2Li++4H2O；此过程中若用浓盐酸代替H2SO4和H2O2的混合溶液，除因挥发使其利用率降低外，还有的缺点是盐酸（或Cl-）可被LiCoO2氧化产生Cl2污染环境，故答案为：2；6；1；2；6；2；4；盐酸(或Cl-)可被LiCoO2氧化产生Cl2污染环境；
（3）由图可知，步骤②中，加入NaOH调节溶液pH的最佳范围是pH=5.5～6.0，在此范围内，Fe3+、Al3+、Cu2+杂质离子几乎被沉淀完全，而Co2+损失率较小，故答案为：在pH为5.5～6.0的范围内，Fe3+、Al3+、Cu2+杂质离子的去除率很高，而Co2+去除率很低，损失率较小；
（4）步骤④中，过滤、洗涤操作均需用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、和漏斗，故答案为：漏斗；
（5）步骤⑤中，Co(OH)2在空气中高温焙烧生成Co3O4，Co元素由+2价被氧化到+3价，故需氧气的参与，反应的化学方程式为：6Co(OH)2+O22Co3O4+ 6H2O，故答案为：6Co(OH)2+O22Co3O4+ 6H2O。
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