题目内容

【题目】实验室里,从废旧钴酸锂离子电池的正极材料(在铝箔上涂覆活性物质 LiCoO2)中,回收钴、锂的操作流程如图所示:

回答下列问题。

(1)拆解废旧电池获取正极材料前,先将其浸入 NaCl 溶液中,使电池短路而放电,此时溶液温度升高,该过程中能量的主要转化方式为_____。

(2)“碱浸”过程中产生的气体是_____;“过滤”所得滤液用盐酸处理可得到氢氧化铝,反应的化学方程式为_________。

(3)“酸浸”时主要反应的离子方程式为_____;若硫酸、Na2S2O3 溶液用一定浓度的盐酸替代,也可以达到“酸浸”的目的,但会产生_________(填化学式)污染环境。

(4)“沉钴”时,调 pH 所用的试剂是_____;“沉钴”后溶液中 c(Co2+)=_____。(已知:Ksp[Co(OH)2]=1.09×l0-15)

(5)根据如图判断,“沉锂”中获得Li2CO3 固体的操作主要包括_______、_______、洗涤、干燥等步骤。

【答案】化学能→电能→热能 H2 NaAlO2+HCl+H2O=NaCl+Al(OH)3↓ 8LiCoO2+S2O32-+22H+=8Li++8Co2++2SO42-+11H2O Cl2 NaOH 溶液或氢氧化钠固体 1.09×l0-6mol/L 蒸发浓缩 趁热过滤

【解析】

由流程可知,加碱浸泡,发生2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑,固体残渣为LiCoO2,加酸发生8LiCoO2+S2O32-+22H+=8Li++8Co2++2SO42-+11H2O,调节pH沉钴生成Co(OH)2,最后调节pH>12时加加入碳酸钠,发生的离子反应为2Li++CO32-=Li2CO3↓,母液含硫酸钠,以此来解答。

(1)拆解废旧电池获取正极材料前,先将其浸入NaCl溶液中,使电池短路而放电,为原电池,此时溶液温度升高,可知放热,该过程中能量的主要转化方式为化学能→电能→热能;

(2)结合以上分析可知,“碱浸”过程中产生的气体是H2;“过滤”所得滤液用盐酸处理可得到氢氧化铝,反应的化学方程式为NaAlO2+HCl+H2O=NaCl+Al(OH)3↓;

(3)根据流程可知,+3价的钴被还原为+2价,做氧化剂,而硫代硫酸根离子做还原剂,被氧化为硫酸根离子,所以“酸浸”时主要反应的离子方程式为8LiCoO2+S2O32-+22H+=8Li++8Co2++2SO42-+11H2O;若硫酸、Na2S2O3溶液用一定浓度的盐酸替代,也可以达到“酸浸”的目的,但盐酸易被氧化为氯气,会发生2LiCoO2+8HCl=2LiCl+2CoCl2+Cl2↑+4H2O反应,产生Cl2污染环境;

(4)由最终产物及加碱调节pH流程可知,“沉钴”时,既能达到目的,又不能引入杂质,调pH所用的试剂是NaOH,“沉钴”后溶液中c(Co2+)=mol/L=1.09×l0-6 mol/L;

(5)由图可知,温度高时碳酸锂的溶解度小,则“沉锂”中获得Li2CO3固体的操作主要包括蒸发浓缩、趁热过滤、洗涤、干燥等步骤。

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