Question

【題目】鈷酸鋰（LiCoO2）電池是一種應用廣泛的新型電源，電池中含有少量的鋁、鐵、碳等單質。實驗室嘗試對廢舊鈷酸鋰電池回收再利用。實驗過程如下：

已知：①還原性：Cl－>Co2＋；

②Fe3＋和結合生成較穩定的[Fe（C2O4）3]3－，在強酸性條件下分解重新生成Fe3＋。回答下列問題：

（1）廢舊電池初步處理為粉末狀的目的是________。

（2）從含鋁廢液得到Al（OH）3的離子方程式為___________

（3）濾液A中的溶質除HCl、LiCl外還有________（填化學式）。寫出LiCoO2和鹽酸反應的化學方程式____________

（4）濾渣的主要成分為_______（填化學式）。

（5）在空氣中加熱一定質量的CoC2O4·2H2O固體樣品時，其固體失重率數據見下表，請補充完整表中問題。

已知：①CoC2O4在空氣中加熱時的氣體產物為CO2。

②固體失重率＝對應溫度下樣品失重的質量/樣品的初始質量。

序號	溫度范圍/℃	化學方程式	固體失重率
Ⅰ	120～220	CoC2O4·2H2O CoC2O4＋2H2O	19.67%
Ⅱ	300～350	______	59.02%

（6）已知Li2CO3的溶度積常數Ksp＝8.64×10－4，將濃度為0.02 mol·L－1的Li2SO4和濃度為0.02 mol·L－1的Na2CO3溶液等體積混合，則溶液中的Li＋濃度為________ mol·L－1。

Answer 1

【答案】增大接觸面積，加快反應速率，提高浸出率 AlO2-＋CO2＋2H2O=Al（OH）3↓＋HCO3- FeCl3、CoCl2 2LiCoO2＋8HCl=2CoCl2＋Cl2↑＋4H2O＋2LiCl C 2CoC2O4＋O22CoO＋ 4CO2 0.02

【解析】

(1)從反應物呈粉末狀接觸面積極大對反應的影響來回答；

(2)流程圖知含鋁廢液呈堿性，因此是偏鋁酸根溶液中通過量二氧化碳，寫得到Al（OH）3的離子方程式；

(3)濾液A的成分，從電池所含的物質與HCl反應來回答，當然要排除已轉移到堿液中的鋁元素； LiCoO2和鹽酸反應的化學方程式，結合信息判斷是氧化還原反應，按氧化還原反應規律書寫；

(4)濾渣的主要成分為廢電池總既不溶于酸又不溶于堿的成分；

(5) 補充完整表中問題，要從所提供的信息、數據，結合元素質量守恒定律計算得出；

(6)離子濃度的計算，先要用濃度是和KSP的關系判斷是否有碳酸鋰沉淀，如有沉淀，結合數據計算，如沒有沉淀，則就是混合溶液中離子的濃度；

廢舊鈷酸鋰鎳離子電池主要含有Fe、Al、碳的單質和LiCoO2，初步處理，加堿浸泡，鋁和堿液反應生成偏鋁酸鹽和氫氣，固體殘渣為：Fe、C的單質和LiCoO2，加鹽酸Fe+2H+=Fe2++H2↑，2LiCoO2+8H++2Cl-=2Li++2Co2++Cl2↑+4H2O，殘渣為C，濾液A為Fe3+、Li+、Co3+、Cl-，加入草酸銨，過濾沉淀為CoC2O42H2O，濾液B為：Fe3+、Li+、Cl-，加入碳酸鈉，發生的離子反應為2Li++CO32-=Li2CO3↓，濾液C為Fe3+、Cl-，加入氧化劑防止鐵離子被還原，得氯化鐵溶液；

(1)廢舊電池初步處理為粉末狀的目的是：增大接觸面積，加快反應速率，提高浸出率；

答案為：增大接觸面積，加快反應速率，提高浸出率；

(2) 偏鋁酸鈉溶液中通入過量二氧化碳反應生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉，因此從含鋁廢液得到Al(OH)3的離子反應方程式為：AlO2-＋CO2＋2H2O=Al（OH）3↓＋HCO3-；

答案為：AlO2-＋CO2＋2H2O=Al（OH）3↓＋HCO3-；

(3) LiCoO2中Li為+1價，Co為+3價，具有氧化性，HCl中-1價的氯具有還原性，向固體殘渣中加入鹽酸時，發生氧化還原反應，Co（+3→+2），Cl（-1→0），反應表示為：2LiCoO2+8H++2Cl-=2Li++2Co2++Cl2↑+4H2O或2LiCoO2＋8HCl=2CoCl2＋Cl2↑＋4H2O＋2LiCl；，濾液A為Fe3+、Li+、Co3+、Cl-，故濾液A中的溶質為HCl、LiCl、FeCl3、CoCl2；

答案為：FeCl3、CoCl2；2LiCoO2＋8HCl=2CoCl2＋Cl2↑＋4H2O＋2LiCl；

(4)上述分析可知，濾渣的主要成分為C；

答案為：C；

(5) 在空氣中加熱一定質量的CoC2O4·2H2O固體樣品時，首先失去結晶水，在120～220℃時，固體失重率為19.76%，生成產物為CoC2O4；

由①可知，在120～220℃時，CoC2O4·2H2O完全失去結晶水生成CoC2O4，然后繼續升高溫度加熱，則CoC2O4分解生成氧化物，其分解失去的質量為183g×59.02%=108g，剩余的質量為183g-108g=75g，設產物的化學式為CoOx，則59+16x=75，解得x=1，則化學式為CoO，則反應方程式為：2CoC2O4＋O22CoO＋ 4CO2；

答案為：2CoC2O4＋O22CoO＋ 4CO2；

(6) 將濃度為0.02molL-1的Li2SO4和濃度為0.02molL-1的Na2CO3溶液等體積混合，混合瞬間溶液中c(Li+) =0.02mol/L，c(CO32-) =0.01mol/L，計算濃度商 =4×10-6<Ksp=8.64×10-4，無沉淀生成，則此時溶液中Li+濃度為0.02mol/L；

答案為：0.02。