Question

【題目】2019年諾貝爾化學獎頒發給來自美國、英國、日本的三位科學家，表彰他們在鋰離子電池方面的研究貢獻。鋰離子電池廣泛應用要求處理鋰電池廢料以節約資源、保護環境。鋰離子二次電池正極鋁鈷膜中主要含有鈷酸鋰(LiCoO2)、Al等，處理該廢料的一種工藝如下圖所示：

回答下列問題：

(1)鋁鈷膜在處理前初步進行粉碎的目的是________________________。

(2)能夠提高“堿浸”效率的方法有________________________(至少寫兩種)。

(3)“堿浸”時Al溶解的離子方程式為________________________。

(4)“酸溶”時加入H2O2的目的是________________________。

(5)溶液溫度和浸漬時間對鈷的浸出率影響如圖所示，則浸出過程的最佳條件是_______________________。

(6)配制250 mL 1.0 mol/L (NH4)2C2O4溶液，需要的玻璃儀器除玻璃棒、燒杯外還需要________。

(7)取CoC2O4固體4.41g在空氣中加熱至300℃，得到鈷的氧化物2.41g，則該鈷的氧化物的化學式為________________________。

Answer 1

【答案】增大接觸面積，加快反應速率，提高浸出率 適當增大NaOH的濃度、適當升高溫度等 將LiCoO2中+3價的Co還原為+2價 75℃，30min 250mL容量瓶、膠頭滴管 Co3O4

【解析】

由流程可知，加入NaOH堿液浸泡，將Al充分溶解，過濾后得到的濾液為含有偏鋁酸鈉，濾渣為LiCoO2；加硫酸、過氧化氫，將LiCoO2還原，得到含有Li+和Co2+的溶液，加入氨水調節溶液pH，除去鋰離子，濾渣主要為LiOH，再用草酸銨“沉鈷”得到CoC2O4，以此來解答。

(1)鋁鈷膜在處理前初步進行粉碎可以增大接觸面積，加快反應速率，提高浸出率；

(2)適當增大NaOH的濃度、適當升高溫度等都可以提高堿浸效率；

(3)Al可以和NaOH溶液反應生成偏鋁酸鈉和氫氣，離子方程式為；

(4)根據后續流程可知Co元素由LiCoO2中的+3價變為了CoC2O4中的+2價，而雙氧水具有一定的還原性，所以加入雙氧水的目的為：將LiCoO2中+3價的Co還原為+2價；

(5)據圖可知溫度越高鈷的浸出率越大，但30min后75℃和85℃條件下浸出率幾乎相同，為了降低能耗溫度應選75℃，而30min后浸出率幾乎不變，所以時間選30min，即最佳條件為75℃，30min；

(6)配制250 mL 1.0 mol/L (NH4)2C2O4溶液，需要的玻璃儀器除玻璃棒、燒杯外，還需要250 mL容量瓶，以及定容時所需要的膠頭滴管；

(7)取CoC2O4固體4.41 g在空氣中加熱至300℃，得到鈷的氧化物2.41 g，n(CoC2O4)==0.03mol，根據元素守恒，氧化物中n(Co)=0.03mol，質量為m(Co)=0.03mol×59g/mol=1.77g，則氧化物中m(O)=2.41g-1.77g=0.64g，所以n(O)==0.04mol，氧化物中n(Co)：n(O)=0.03mol：0.04mol=3:4，所以該氧化物為Co3O4。