Question

【題目】2019年諾貝爾化學獎授予在開發鋰離子電池方面做出卓越貢獻的三位化學家。利用處理后的廢舊鋰離子電池材料（主要成分為Co3O4，還含有少量鋁箔、LiCoO2等雜質）制備CoO，工藝流程如圖：

回答下列問題：

（1）Co元素在元素周期表中的位置___。

（2）廢舊鋰離子電池拆解前進行“放電處理”有利于鋰在正極回收的原因是___；提高“堿浸”效率的措施有____（至少寫兩種）。

（3）不同浸出劑“酸溶”結果如表：

出劑	浸出液化學成分/（gL-1）		鈷浸出率/%
	Co	Al
（a）HCl	80.84	5.68	98.4
（b）H2SO4	65.0	6.22	72.3
（c）H2SO4+Na2S2O3	84.91	5.96	98.0

①浸出劑（a）的鈷浸出率最高，而實際工藝中一般不選用浸出劑（a）的原因是____。

②溫度越高浸出反應速率越快，所以“酸溶”一般選用較高的溫度。據此你選擇的浸出劑是___（填序號），理由是___。

③從氧化還原角度分析，還原等物質的量的Co3O4，需要___（填“H2O2”或“Na2S2O3”）物質的量更少。

④綜上分析，寫出最合適的浸出劑與Co3O4反應的化學方程式____。

（4）已知：Ksp[Co（OH）2]=1.0×10-15，Ksp（Li2CO3）=1.7×10-3，Ksp（CoCO3）=1.5×10-13。若濾液2中Co2+含量為5.9×10-2gL1，計算判斷“沉碳酸鈷”應調節pH不高于____。

Answer 1

【答案】第四周期第VIII族 放電有利于Li+向正極移動并進入正極材料 粉碎、適當增大NaOH溶液的濃度（或適當升高溫度等） 有Cl2生成，污染空氣 （c） Co3O4能氧化Cl-，生成有污染性的氯氣，而Na2S2O3在溶液中受熱影響小，因此選擇（c）效果優于前者 Na2S2O3 4Co3O4+Na2S2O3+11H2SO4=12CoSO4+Na2SO4+11H2O 8.0

【解析】

（1）Co原子序數是27，根據原子結構推斷其在周期表的位置；
（2）原電池放電時，陽離子由負極移向正極，提高浸取率的措施有固體粉碎、玻璃棒攪拌、適當升高浸取液的溫度和增大浸取液的濃度、延長浸取時間等；
（3）廢料用堿液溶解，過濾得到濾液①偏鋁酸鈉溶液和鈷渣；用H2SO4、Na2S2O3溶解鈷渣，發生的反應為4Co3O4+Na2S2O3+11H2SO4=12CoSO4+Na2SO4+11H2O，得到含有鈷離子的溶液，然后調節溶液pH并用碳酸鈉溶液將鈷離子轉化成碳酸鈷沉淀，過濾得到碳酸鈷沉淀，灼燒碳酸鈷得到氧化鈷，據此分析解答；

（4）先求出c(Co2+)，再根據KspCo(OH)2=c(Co2+)×c2(OH-)=1.0×10-15進行計算。

(1)Co原子序數是27，核外電子排布式為[Ar]3d74s2，位于第四周期第VIII族，故答案為：第四周期第VIII族；

(2)原電池放電時，電解質溶液中陽離子由負極移向正極，所以廢舊鋰離子電池拆解前進行“放電處理”有利于Li+向正極移動并進入正極材料；提高浸取率的措施有固體粉碎、玻璃棒攪拌、適當升高浸取液的溫度和增大浸取液的濃度等，故答案為：放電有利于Li+向正極移動并進入正極材料；粉碎、適當增大NaOH溶液的濃度(或適當升高溫度等)；

(3)①因Co3O4有較強氧化性，能氧化溶液里的Cl-，生成的氯氣對環境有污染，發生反應的離子方程式為Co3O4+2Cl-+8H+=3Co2++Cl2↑+4H2O，故答案為：有Cl2生成，污染空氣；

②根據表中不同浸出劑“酸溶”實驗結果可知，使用HCl或H2SO4+Na2S2O3時浸出液化學成分中Co的含量高、鈷浸出率也較高，Co3O4有較強氧化性，在酸性條件下氧化S2O32-生成SO42-，但Co3O4也能氧化Cl-，生成有污染性的氯氣，不符合綠色化學理念，所以綜合考慮應選擇的浸出劑是H2SO4+Na2S2O3，即(c)，故答案為：(c)；Co3O4能氧化Cl-，生成有污染性的氯氣，而Na2S2O3在溶液中受熱影響小，因此選擇(c)效果優于前者；

③Co3O4～Co2+～2e-，H2O2～O2～2e-，Na2S2O3～2Na2SO4～4e-，若還原1molCo3O4，則轉移電子2mol，被氧化的H2O2的物質的量為1mol、被氧化的Na2S2O3的物質的量為0.5mol，所以還原等物質的量的Co3O4，需要Na2S2O3的物質的量更少，故答案為：Na2S2O3；

④綜上考慮，最合適的浸出劑為H2SO4+Na2S2O3，根據電子守恒和原子守恒配平、寫出的反應的化學方程式4Co3O4+Na2S2O3+11H2SO4=12CoSO4+Na2SO4+11H2O，故答案為：4Co3O4+Na2S2O3+11H2SO4=12CoSO4+Na2SO4+11H2O；

(4)若濾液2中含Co2+為5.9×10-2gL-1，c(Co2+)=L1=10-3mol/L，且Ksp[Co(OH)2]=c(Co2+)×c2(OH-)=1.0×10-15，則恰好轉化為Co(OH)2時溶液中c(OH-)=mol/L=10-6mol/L，c(H+)=10-8mol/L，此時溶液pH=8.0，即“沉碳酸鈷“應控制pH不高于8.0，故答案為：8.0。