Question

13．钴酸锂（LiCoO₂）锂离子电池是一种应用广泛的新型电池，实验室尝试用废旧钴酸锂离子电池回收铝，铁，铜，钴及锂元素，其流程如下：

已知：①Fe³⁺+3C₂O₄^2-═[Fe（C₂O₄）₃]^3-，[Fe（C₂O₄）₃]^3-遇酸分解，重新生成Fe³⁺
②Co³⁺有强氧化性，易被还原为Co²⁺
③废旧电池中铝、铁以单质形式存在
（1）碱浸泡过程中发生反应的离子方程式是2Al+2OH-+2H2O═2AlO2-+3H2↑．
（2）滤液A中溶质（除盐酸外）主要成分的化学式是LiCl、CoCl₂、FeCl₂；向滤液A中加入草酸铵溶液，使钴元素以CoC₂O₄形式沉淀析出，判断沉淀完全的方法和现象是静置，取上层清液加入草酸铵溶液，若没有沉淀生成，则沉淀完全．
（3）滤液A到滤液B的步骤中，加入氧化剂不能选用B原因是会引入杂质NO₃^-．
A．Cl₂ B．HNO₃C．H₂O₂
（4）生成Li₂ CO₃的化学方程式为2LiCl+Na₂CO₃═Li₂CO₃+2NaCl．
（5）上述流程有一缺点，第一次使用到盐酸时，会有少量黄绿色气体生成，请写出该反应的化学方程式2LiCoO₂+8HCl═2LiCl+2CoCl₂+Cl₂↑+4H₂O．
（6）某温度下K_sp[Fe（OH）₃]=2.097×10^-39 mol⁴•L^-4，将0.01mol•L^-1的FeCl₃溶液与0.001mol•L^-1的NaOH溶液等体积混合，请通过计算说明能否形成沉淀c（Fe³⁺）•c³（OH^-）=（$\frac{1}{2}$×0.01）×（$\frac{1}{2}$×0.001）³=6.25×10^-13 mol⁴•L^-4＞Ksp[Fe（OH）₃]，能生成Fe（OH）₃沉淀．

Answer 1

分析 废旧钴酸锂镍离子电池主要含有Fe、Al、Cu的单质和LiCoO₂，初步处理，加碱浸泡，铝和碱液反应生成偏铝酸盐和氢气，固体残渣为：Fe、Cu的单质和LiCoO₂，加盐酸Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，2LiCoO₂+8H⁺+2Cl^-=2Li⁺+2Co²⁺+Cl₂↑+4H₂O，沉淀为Cu，滤液A为Fe²⁺、Li⁺、Co³⁺、Cl^-，FeC₂O₄难溶于水，向滤液A中加入H₂O₂，氧化Fe²⁺为Fe³⁺，加入草酸铵，过滤沉淀为CoC₂O₄•2H₂O，滤液B为：Fe³⁺、Li⁺、Cl^-，加入碳酸钠，发生的离子反应为2Li⁺+CO₃^2-=Li₂CO₃↓，滤液C为Fe³⁺、Cl^-，加入氧化剂防止铁离子被还原得氯化铁溶液，
（1）碱浸泡过程中铝和碱液反应生成偏铝酸盐溶液；
（2）LiCoO₂中Li为+1价，Co为+3价，具有氧化性，HCl中-1价的氯具有还原性，Co（+3→+2），Cl（-1→0）；
（3）不能引入新的杂质；
（4）氯化锂与碳酸钠反应生成碳酸锂；
（5）黄绿色气体为氯气，钴酸锂能将盐酸氧化为氯气；
（6）离子积大于K_sp能形成沉淀．

解答 解：废旧钴酸锂镍离子电池主要含有Fe、Al、Cu的单质和LiCoO₂，初步处理，加碱浸泡，铝和碱液反应生成偏铝酸盐和氢气，固体残渣为：Fe、Cu的单质和LiCoO₂，加盐酸Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，2LiCoO₂+8H⁺+2Cl^-=2Li⁺+2Co²⁺+Cl₂↑+4H₂O，沉淀为Cu，滤液A为Fe²⁺、Li⁺、Co³⁺、Cl^-，FeC₂O₄难溶于水，向滤液A中加入H₂O₂，2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，氧化Fe²⁺为Fe³⁺，加入草酸铵，过滤沉淀为CoC₂O₄•2H₂O，滤液B为：Fe³⁺、Li⁺、Cl^-，加入碳酸钠，发生的离子反应为2Li⁺+CO₃^2-=Li₂CO₃↓，滤液C为Fe³⁺、Cl^-，加入氧化剂防止铁离子被还原得氯化铁溶液，
（1）铝和碱液反应生成偏铝酸盐和氢气，所以碱浸泡过程中发生反应的离子方程式为：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，
故答案为：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；
（2）LiCoO₂中Li为+1价，Co为+3价，具有氧化性，HCl中-1价的氯具有还原性，向固体残渣中加入盐酸时，Co（+3→+2），Cl（-1→0），最小公倍数为1，因Cl₂为双原子分子，所以LiCoO₂前系数为2，根据原子守恒，未知物为水，所以反应为：2LiCoO₂+8HCl=2LiCl+2CoCl₂+Cl₂↑+4H₂O．滤液A为Fe²⁺、Li⁺、Co³⁺、Cl^-，静置，取上层清液加入草酸铵溶液，若没有沉淀生成，则沉淀完全，故答案为：CoCl₂、FeCl₂；静置，取上层清液加入草酸铵溶液，若没有沉淀生成，则沉淀完全；
（3）FeC₂O₄难溶于水，[Fe（C₂O₄）₃]^3-遇酸转化为Fe³⁺，为避免沉淀Fe²⁺，需氧化亚铁离子，H₂O₂具有氧化性，Fe²⁺具有还原性，向滤液A中加入H₂O₂的作用是氧化Fe²⁺为Fe³⁺；发生的反应为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；氯气的还原产物为氯离子，加入硝酸会引入杂质NO₃^-，故答案为：B；会引入杂质NO₃^-；（4）氯化锂与碳酸钠反应生成碳酸锂，化学方程式为2LiCl+Na₂CO₃═Li₂CO₃+2NaCl，故答案为：2LiCl+Na₂CO₃═Li₂CO₃+2NaCl；
（5）黄绿色气体为氯气，黄绿色气体为氯气，钴酸锂能将盐酸氧化为氯气，反应的化学方程式：2LiCoO₂+8HCl═2LiCl+2CoCl₂+Cl₂↑+4H₂O，故答案为：2LiCoO₂+8HCl═2LiCl+2CoCl₂+Cl₂↑+4H₂O；
（6）由Ksp可知，c（Fe³⁺）•c³（OH^-）=（$\frac{1}{2}$×0.01）×（$\frac{1}{2}$×0.001）³=6.25×10^-13 mol⁴•L^-4＞2.097×10^-39，能生成Fe（OH）₃沉淀，故答案为：c（Fe³⁺）•c³（OH^-）=（$\frac{1}{2}$×0.01）×（$\frac{1}{2}$×0.001）³=6.25×10^-13 mol⁴•L^-4＞Ksp[Fe（OH）₃]，能生成Fe（OH）₃沉淀．

点评 本题考查物质的分离和提纯，侧重考查工艺流程的分析，涉及沉淀的生成与物质的性质、基本实验操作等知识点，明确物质性质是解本题关键，知道每一步发生的反应及分离方法，题目难度中等．