题目内容

【题目】钴酸锂(LiCoO2)可用作锂离子电池的电极材料。以红土镍矿为原料制备LiCoO2的工艺流程如图:

已知:红土镍矿的主要成分有Fe2O3FeOSiO2Al2O3CoONiO等。

②20℃时,生成氢氧化物沉淀的pH

离子

Fe2+

Fe3+

Al3+

Ni2+

Co2+

开始沉淀

7.0

1.9

3.4

7.2

7.1

沉淀完全

9.0

3.2

4.7

9.2

9.1

注:金属离子起始浓度为0.1mol/L

1)上述流程中能加快反应速率的措施有__

2H2O2的作用是将Fe2+氧化为Fe3+

加入H2O2发生反应的离子方程式是__

滤渣2的主要成分是__(写化学式)。

3)萃取剂RH可用于对溶液中的Ni2+Co2+进行分离与富集:Co2+(水相)+2RH(有机相)CoR2(有机相)+2H+(水相)

萃取剂浓度对溶液中Ni2+Co2+的萃取率影响如图所示,萃取剂浓度的最佳取值为__mol/L

__(填强碱性强酸性)介质中反萃取,使萃取剂再生而循环利用。

4)向反萃取后的水溶液中加入稍过量NH4HCO3,得到CoCO3沉淀。将CoCO3Li2CO3n(Li)n(Co)=1的比例混合,鼓入空气,高温烧结,得到Li2CoO2

得到CoCO3沉淀的离子方程式是__

若使用(NH4)2CO3做沉淀剂,产物中会混有Co2(OH)2CO3,这是因为__

在空气中烧结反应的化学方程式是__

【答案】研磨加热 H2O2+2Fe2++2H+=2Fe3++2H2O Fe(OH)3Al(OH)3 0.025 强酸性 Co2++2HCO=CoCO3↓+H2O+CO2 相同条件下,(NH4)2CO3碱性更强,且Co2(OH)2CO3的溶解度小 4CoCO3+2Li2CO3+O24LiCoO2+6CO2

【解析】

红土镍矿经过研磨增大酸浸时的接触面积,加硫酸后金属氧化物溶解得到相应的硫酸盐,二氧化硅不溶于硫酸成为滤渣1,滤液1中加过氧化氢将亚铁离子氧化成三价铁离子,调剂pH5使铁离子和铝离子转变成氢氧化物沉淀,滤渣2为氢氧化铝和氢氧化铁,滤液2进行萃取得到有机相,再反萃取,经过处理得到钴酸锂(LiCoO2),据此分析解答。

(1)研磨可以增大反应物间的接触面积,提高反应速率,加热、升高温度能增大反应速率,故答案为:研磨、加热;

(2) ①H2O2的作用是将Fe2+氧化为Fe3+,加入H2O2发生反应H2O2+2Fe2++2H+=2Fe3++2H2O,故答案为:H2O2+2Fe2++2H+=2Fe3++2H2O

②根据以上分析滤渣2主要成分是氢氧化铝和氢氧化铁,故答案为:Fe(OH)3Al(OH)3

(3) ①根据萃取剂浓度对溶液中Ni2+Co2+的萃取率影响图可知,当萃取剂浓度的为0.025 mol/L时,Co的萃取率相对较高,且此时Ni的萃取率接近0,故答案为:0.025

②根据萃取反应平衡Co2+(水相)+2RH(有机相)CoR2(有机相)+2H+(水相)可知,酸性增强时平衡逆向移动,有利于Co重新进入水相,故答案为:强酸性;

(4) ①向反萃取后的水溶液中加入稍过量NH4HCO3,得到CoCO3沉淀,发生的反应为:Co2++2HCO=CoCO3↓+H2O+CO2,故答案为:Co2++2HCO=CoCO3↓+H2O+CO2

若使用(NH4)2CO3做沉淀剂,产物中会混有Co2(OH)2CO3,主要因为碳酸根离子的水解程度比碳酸氢根离子强,溶液的碱性更强,且Co2(OH)2CO3的溶解度小,故答案为:相同条件下,(NH4)2CO3碱性更强,且Co2(OH)2CO3的溶解度小;

③将CoCO3Li2CO3n(Li)n(Co)=1的比例混合,鼓入空气,高温烧结,得到Li2CoO2,反应中Co元素的化合价由+2价升至+3价,O元素的化合价由0价降至-2价,根据得失电子守恒和原子守恒,反应的方程式为:4CoCO3+2Li2CO3+O24LiCoO2+6CO2,故答案为:4CoCO3+2Li2CO3+O24LiCoO2+6CO2

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