Question

便携式电源广泛采用的锂离子电池正极材料（主要含有LiCoO₂及少量Al、Fe等）．某研究性学习小组为了回收钴和锂，设计实验流程如图1：

（1）第②步通入空气的目的是

 

，滤渣的主要成分是

 

（填化学式）．
（2）第①步反应的离子方程式是

 

+SO₃^2-+

 

=Li⁺+

 

+

 

+

 

．
（3）将第④步得到的Li₂CO₃粗品先溶于盐酸，并对此溶液A通过离子隔膜电解法进行提纯，装置如图2所示，再向所得浓溶液B中加入过量的NH₄HCO₃溶液，过滤，烘干得高纯Li₂CO₃．则气体A为

 

（填化学式），通过离子交换膜的离子为

 

（填离子符号）．
（4）将第③步得到的Co（OH）₂在空气中加热，完全变成Co₃O₄，经称量Co₃O₄的质量为4.82g，则第①步至少加入含

 

gNa₂SO₃的溶液．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验设计题

分析：电池正极材料主要含有LiCoO₂及少量Al、Fe等酸溶后加入亚硫酸钠溶液反应得到硫酸钴溶液和氢气，加入氢氧化钠溶液通入热的空气氧化亚铁离子为铁离子，使铁离子沉淀，铝离子完全沉淀，加入氢氧化钠溶液调节溶液PH=9-10过滤得到氢氧化钴沉淀，滤液中加入碳酸钠溶液调节溶液PH=11-12过滤得到碳酸锂；
（1）步骤②通入热的空气目的是将亚铁离子氧化为铁离子，调节溶液PH使铁离子和铝离子完全沉淀；
（2）第一步反应是LiCoO₂和亚硫酸钠在酸溶液中发生氧化还原反应生成钴离子和硫酸盐；
（3）电解原理分析，与电源正极连接的是阳极，与电源负极连接的为阴极，将第④步得到的Li₂CO₃粗品先溶于盐酸，并对此溶液A通过离子隔膜电解法进行提纯，溶液中氯离子在阳极失电子生成氯气，阴极是氢离子得到电子生成氢气，锂离子移向阴极，离子交换膜为阳离子交换膜；
（4）阳极反应的离子方程式和钴元素守恒计算．

解答： 解：电池正极材料主要含有LiCoO₂及少量Al、Fe等酸溶后加入亚硫酸钠溶液反应得到硫酸钴溶液和氢气，加入氢氧化钠溶液通入热的空气氧化亚铁离子为铁离子，使铁离子沉淀，铝离子完全沉淀，加入氢氧化钠溶液调节溶液PH=9-10过滤得到氢氧化钴沉淀，滤液中加入碳酸钠溶液调节溶液PH=11-12过滤得到碳酸锂；
（1）步骤②通入热的空气目的是将亚铁离子氧化为铁离子，调节溶液PH使铁离子和铝离子完全沉淀，得到滤渣为Fe（OH）₃、Al（OH）₃；
故答案为：将Fe²⁺氧化为Fe³⁺；Fe（OH）₃、Al（OH）₃；
（2）第一步反应是LiCoO₂和亚硫酸钠在酸溶液中发生氧化还原反应生成钴离子和硫酸盐，反应的离子方程式为：2LiCoO₂+SO₃^2-+6H⁺=2Li⁺+2Co²⁺+SO₄^2-+3H₂O；
故答案为：2LiCoO₂；6H⁺；2Co²⁺；SO₄^2-；3H₂O；
（3）电解原理分析，与电源正极连接的是阳极，与电源负极连接的为阴极，将第④步得到的Li₂CO₃粗品先溶于盐酸，并对此溶液A通过离子隔膜电解法进行提纯，溶液中氯离子在阳极失电子生成氯气，阴极是氢离子得到电子生成氢气，锂离子移向阴极，离子交换膜为阳离子交换膜；
故答案为：Cl₂；Li⁺；
（4）阳极反应的离子方程式：将第③步得到的Co（OH）₂在空气中加热，完全变成Co₃O₄，经称量Co₃O₄的质量为4.82g，物质的量=

4.82g

241g/mol

=0.02mol；
依据钴元素守恒可知，
2LiCoO₂+SO₃^2-+6H⁺=2Li⁺+2Co²⁺+SO₄^2-+3H₂O，
         1              2
         n             0.02mol×3
n=0.03mol
加入亚硫酸钠质量=0.03mol×126g/mol=3.78g；
故答案为：3.78．

点评：本题考查了物质分离和提纯的方法分析判断，电解池原理的应用离子方程式计算分析，掌握基础是关键，题目难度中等．