Question

【题目】金属是不可再生的资源，通过回收废旧的锂电池提取锂、铝、钴等重要的金属具有重大的意义。已知锂电池的正极材料为LiCoO2、炭黑、铝箔及有机粘合剂，下面是回收的工艺流程：

(1)滤液X中通入过量CO2时发生的主要反应的离子方程式为___________

(2)写出酸浸时加入H2SO4、H2O2反应的化学方程式______________________

(3)实验室中萃取分离CoSO4、Li2SO4溶液时需要加入有机物W，若实验过程中使用如图装置，则该装置中存在的主要错误有______________________

(4)已知部分物质的溶解度(g/100gH2O)情况如下表所示：

写出浓缩后的溶液中加入饱和碳酸钠溶液的离子反应方程式______________________；为提高Li2CO3的产率，最后过滤实验中需要注意的问题是______________________

(5)若废旧的锂电池拆解后先使用酸溶解，最终也可以得到Al(OH)3、CoSO4、Li2CO3。在酸浸中若Al3+浓度为0.1moL·L－1，则常温时pH>______________________才能够开始形成氢氧化铝沉淀(已知氢氧化铝Ksp=1.3×10-33、lg4.26=0.6、=2.35)

(6)已知100g废旧的锂电池中钴酸锂(LiCoO2)的含量为9.8%，若按照上述生产流程，可以生成2.4gLi2CO3，则其产率为______________________。

Answer 1

【答案】CO2+AlO2-+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3- 2 LiCoO2+3H2SO4+H2O2=Li2SO4+2CoSO4+4H2O+O2↑ 分液漏斗尖端未紧靠烧杯内壁 ；液体过多。 2Li++CO32- =Li2CO3↓ 趁热过滤 3.4 64.9%

【解析】

向废旧锂电池中加入NaOH溶液，Al反应变为NaAlO2进入溶液，LiCoO2不能反应，仍以固体存在，通过过滤进入滤渣；向滤液中通入足量CO2气体，铝元素变为氢氧化铝沉淀析出，向滤渣中加入硫酸和双氧水，其中的金属元素转化为硫酸盐进入溶液；分离混合物时需采用萃取、分液的方法，为充分萃取，溶液不能盛太多，且分液漏斗下端要紧贴烧杯内壁；利用碳酸锂溶解度小的特点，会从溶液中析出；碳酸锂溶解度随温度升高而降低的特点，过滤时要趁热过滤；利用溶度积常数，结合Al3+浓度计算形成沉淀时的pH大小；根据Li2CO3的实际产量占理论产量的百分比计算Li2CO3的产率。

(1)废旧电池中的Al与NaOH溶液反应变为AlO2-进入溶液，向该滤液X中通入过量CO2时，Al元素变为氢氧化铝沉淀析出，发生的主要反应的离子方程式CO2+AlO2-+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3-；

(2)废旧电池中的正极材料LiCoO2进入滤渣，向滤渣中加入稀硫酸和双氧水，发生氧化还原反应，两种金属转化为硫酸盐进入溶液，双氧水失去电子变为O2逸出，反应的化学方程式是：2LiCoO2+3H2SO4+H2O2=Li2SO4+2CoSO4+4H2O+O2↑；

(3)萃取分离液体为了充分分离，漏斗内液体不能超过2/3，图示分液漏斗内液体量太多，不符合要求；分离互不相容的两层液体时，为防止液滴飞溅，应该使分液漏斗下口紧贴烧杯内壁，使液体沿烧杯内壁流下；

(4)根据图示可知碳酸锂的溶解度比相同温度下的硫酸锂小，而且随温度升高而增大，所以向浓缩后的混合溶液中加入饱和碳酸钠溶液，Li+与CO32-会形成Li2CO3沉淀析出，反应方程式是：2Li++CO32- =Li2CO3↓；为提高Li2CO3的产率，最后过滤时要趁热过滤；

(5)Ksp[Al(OH)3]=c(Al3+)c3(OH-)=1.3×10-33，要形成沉淀，离子浓度的乘积就要大于溶度积常数，所以0.1mol/L×c3(OH-)>1.3×10-33，c3(OH-)>1.3×10-32，解得c(OH-)>=2.35×10-11mol/L，根据室温下水的离子积常数Kw=10-14，可得c(H+)<10-14÷(2.35×10-11)=4.26×10-4mol/L，所以pH>3.4；

(6)已知100g废旧的锂电池中钴酸锂(LiCoO2)的含量为9.8%，其中含有钴酸锂质量为m(LiCoO2)=100g×9.8%=9.8g，根据Li守恒，若按照上述生产流程，2mol LiCoO2可以生成1molLi2CO3，关系为2×98：74=9.8g：m(Li2CO3)，解得m(Li2CO3)=3.7g，实际得到质量2.4g，所以Li2CO3的产率为(2.4÷3.7) ×100%=64.9%。