Question

【題目】LiCoO2（鈷酸鋰）是鋰離子電池的正極材料。以某海水為原料制備鈷酸鋰的一種流程如下：

已知如下信息：①該海水中含濃度較大的LiCl，含少量MgCl2、CaCl2、MnCl2等。

②碳酸鋰的溶解度與溫度關系如圖所示。

③常溫下，幾種難溶物質的溶度積數據如下：

物質	Li2CO3	MgCO3	CaCO3	MnCO3	Mg(OH)2
Ksp	2.5×102	6.8×106	2.8×109	2.3×1011	6.0×1010

請回答下列問題：

(1)LiCoO2中鈷的化合價為____________ ，濾渣1主要成分有MgCO3、Mg(OH)2、CaCO3和____________________（填化學式）。

(2)調pH=5的目的是________________________。

(3) “沉鋰”包括過濾、洗滌等，宜用_____________（填“熱水”或“冷水”）洗滌Li2CO3。加入純堿的量與鋰回收率的關系如表所示：

序號	n(Na2CO3)/n(LiCl)	沉淀質量/g	碳酸鋰含量/%	鋰回收率/%
①	0.9∶1	10.09	92.36	77.67
②	1.0∶1	0.97	90.19	82.46
③	1.1∶1	11.45	89.37	85.27
④	1.2∶1	12.14	84.82	85.45

從生產成本考慮，宜選擇_______________（填序號）方案投料。

(4) “除雜2”中調pH=13時c(Mg2)=_______________mol·L1。

(5) “合成”中采用高溫條件，放出一種能使澄清石灰水變渾濁的氣體。寫出“合成”發生反應的化學方程式_____________________________________________。

Answer 1

【答案】＋3 MnCO3 除去過量的Na2CO3，避免蒸發濃縮時析出Li2CO3 熱水 ③ 6.0×108 2Li2CO3＋4CoCO3＋O24LiCoO2＋6CO2

【解析】

海水(含濃度較大的 LiCl，含少量MgCl2、CaCl2、MnCl2等)中加入純堿調pH=10，濾渣 1 主要成分有MgCO3、Mg(OH)2、CaCO3和MnCO3，濾液含Li2CO3，加鹽酸調pH=5，蒸發濃縮，除去NaCl，再除去Mg(OH)2，加入純堿生成Li2CO3，通入CO2，生成LiHCO3溶液，最后生成碳酸鋰，加入碳酸鈷，高溫可生成LiCoO2，以此解答該題。

（1）鈷酸鋰( LiCoO2)中Li元素化合價為+1價，O元素化合價為-2價，該化學式中各元素的化合價的代數和為0，Co元素化合價=2×2-1=+3，由表中溶度積知，碳酸錳難溶于水，因此濾渣1中主要有MgCO3、Mg(OH)2、CaCO3和MnCO3；答案為+3，MnCO3。

（2）加入鹽酸除去過量的碳酸鈉，否則碳酸鋰會在濃縮時析出，損失鋰元素；答案為：除去過量的Na2CO3，避免蒸發濃縮時析出Li2CO3。

（3）碳酸鋰在水中的溶解度，隨溫度升高，碳酸鋰溶解度減小，“沉鋰“時的溫度應選高溫，用熱水洗滌，減少沉淀損失；從投料比看出，序號③的比例中，投入碳酸鈉量較小，鋰回收率較高，可降低生產成本；答案為熱水，③。

（4）pH=13 時，c(OH-)=0.1mol/L，由溶度積可知，“除鎂”是將溶液中Mg2+轉化為Mg(OH)2沉淀，根據溶度積計算，c(Mg2+)== =6.0×10-8mol/L；答案為6.0×10-8。

（5）將Li2CO3與CoCO3混合，再在空氣中灼燒可得LiCoO2，Co元素化合物由+2價升高到+3價，發生氧化反應，必有氧氣參加反應，反應還生成二氧化碳，反應化學方程式為：2Li2CO3+4CoCO3+O24LiCoO2+6CO2；答案為：2Li2CO3+4CoCO3+O24LiCoO2+6CO2。