Question

【题目】利用废旧锂离子电池的正极材料（主要成分为LiCoO2、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）步骤①中生成Co2+的离子方程式为_______。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_______。

（6）若以钴为电极，控制一定条件，电解NaCl溶液也可制取Co3O4的前驱体Co(OH)2。写出电解的总反应方程式_______。

（7）实验室测得“浸出液”中钴元素的含量为a mg/L，取20 mL“浸出液”模拟上述流程进行实验，得到“Co3O4微球”产品b g，又测得产品中钴元素的质量分数为w％。计算钴的回收率为_______（列式表示）。

Answer 1

【答案】 +3 2LiCoO2 +6H++H2O2=2Co2++ O2+2Li++4H2O 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+O22Co3O4+ 6H2O Co+2H2OCo(OH)2+H2 ×100%

【解析】（1）LiCoO2 中Co元素的化合价为+3；

（2）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+，离子方程式为：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；

（3）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；

（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；

（5）步骤⑤中，Co(OH)2在空气中高温焙烧生成Co3O4，Co由+2价被氧化到+3价，故需氧气的参与，化学方程式为：6Co(OH)2+O22Co3O4+ 6H2O；

（6）若以钴为电极，电解NaCl溶液也可制取Co3O4的前驱体Co(OH)2，阳极是Co，电极本身失电子，生成Co2+，阴极水中的氢离子放电生成氢气，故电解的总反应方程式为：Co+2H2OCo(OH)2+H2；

（7）实验室测得“浸出液”中钴元素的含量为a mg/L，取20 mL“浸出液”模拟上述流程进行实验，得到“Co3O4微球”产品b g，产品中钴元素的质量分数为w％，产品中Co的质量为：b×w％，20 mL“浸出液中Co的质量为：a×0.02×0.001g，故钴的回收率为 ×100%= ×100%。