Question

【題目】某廢舊鋰電池材料含有鈷酸鋰(LiCoO2)、導電劑石墨和鋁粉等。回收廢舊鋰電池中鈷的工藝流程如下：

已知：Ksp(CoC2O4)=6.0×10-8，Ksp(CoCO3)=1.5×10-13。

回答下列問題：

(1) LiCoO2中，Co元素的化合價為______________。

(2)“浸出液”的主要成分是LiHC2O4、Al(HC2O4)3，“浸出渣”的主要成分是CoC2O4。“浸出”中生成CoC2O4的化學方程式為__________，若H2C2O4用量過大，CoC2O4的產率反而會降低，原因是____。

(3)“轉化”中加入Na2CO3溶液發生反應的離子方程式為______________，該反應進行的程度較大，試通過計算其平衡常數K并解釋原因______________。

(4)“電解”時裝置如圖所示。陽極的電極反應式為_______，電解后a室中的電解液可返回工序繼續使用。

(5)某廢舊鋰電池粉末中LiCoO2的質量分數為49%，將50噸該廢料進行回收利用，電解得到鈷5.9噸，則鈷的回收率為_____________。

Answer 1

【答案】+3 2LiCoO2+5H2C2O4=2LiHC2O4+2CoC2O4+4H2O+2CO2↑ CoC2O4與過量的H2C2O4反應轉化成Co（HC2O4）2而溶解 CoC2O4(s)+ CO32-(aq)CoCO3(s) + C2O42-(aq) 該反應的平衡常數K= = = = 4×105，反應正向進行的趨勢很大 2H2O-4e-=O2↑+4H+ 40%

【解析】

廢舊鋰電池材料含有鈷酸鋰(LiCoO2)、導電劑石墨和鋁粉等，加草酸溶解，浸出液”的主要成分是LiHC2O4、Al(HC2O4)，“浸出渣”的主要成分是CoC2O4，則生成CoC2O4的化學方程式為2LiCoO2+5H2C2O4=2LiHC2O4+2CoC2O4+4H2O+2CO2↑，H2C2O4用量過大時生成Co(HC2O4)2，然后加入碳酸鈉發生CoC2O4+CO32-=CoCO3+C2O42-，分離出濾渣1為CoCO3，濾液1含草酸鈉，濾渣1加鹽酸溶解生成CoCl2，電解可得到Co，以此解答該題。

(1)LiCoO2中Li為+1價、O為-2價，則Co元素的化合價為+3價；

(2)“浸出”中生成CoC2O4的化學方程式為2LiCoO2+5H2C2O4=2LiHC2O4+2CoC2O4+4H2O+2CO2↑，若H2C2O4用量過大，CoC2O4與過量的H2C2O4反應轉化成Co(HC2O4)2而溶解，導致CoC2O4的產率反而會降低；

(3)“轉化”中加入Na2CO3溶液發生反應的離子方程式為CoC2O4(s)+CO32-(aq)CoCO3(s)+C2O42-(aq)，該反應進行的程度較大，用平衡常數K解釋原因為K= = = = 4×105，反應正向進行的趨勢很大；

(4)由“電解”裝置圖可知，陽極的電極反應式為2H2O-4e-=O2↑+4H+，氫離子移向a，陰極區氯離子移向a，電解后a室中的電解液可返回酸溶工序繼續使用；

(5)某廢舊鋰電池粉末中LiCoO2的質量分數為49%，將50噸該廢料進行回收利用，電解得到鈷5.9噸，則鈷的回收率為=40%。