Question

【題目】鈷酸鋰(LiCoO2)可用作鋰離子電池的電極材料。以紅土鎳礦為原料制備LiCoO2的工藝流程如圖：

已知：①紅土鎳礦的主要成分有Fe2O3、FeO、SiO2、Al2O3、CoO、NiO等。

②20℃時(shí)，生成氫氧化物沉淀的pH

離子	Fe2+	Fe3+	Al3+	Ni2+	Co2+
開(kāi)始沉淀	7.0	1.9	3.4	7.2	7.1
沉淀完全	9.0	3.2	4.7	9.2	9.1

注：金屬離子起始濃度為0.1mol/L

（1）上述流程中能加快反應(yīng)速率的措施有__。

（2）H2O2的作用是將Fe2+氧化為Fe3+。

①加入H2O2發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是__。

②濾渣2的主要成分是__（寫(xiě)化學(xué)式）。

（3）萃取劑RH可用于對(duì)溶液中的Ni2+、Co2+進(jìn)行分離與富集：Co2+(水相)+2RH(有機(jī)相)CoR2(有機(jī)相)+2H+(水相)

①萃取劑濃度對(duì)溶液中Ni2+、Co2+的萃取率影響如圖所示，萃取劑濃度的最佳取值為__mol/L。

②在__（填“強(qiáng)堿性”或“強(qiáng)酸性”）介質(zhì)中反萃取，使萃取劑再生而循環(huán)利用。

（4）向反萃取后的水溶液中加入稍過(guò)量NH4HCO3，得到CoCO3沉淀。將CoCO3與Li2CO3按n(Li)：n(Co)=1的比例混合，鼓入空氣，高溫?zé)�結(jié)，得到Li2CoO2。

①得到CoCO3沉淀的離子方程式是__。

②若使用(NH4)2CO3做沉淀劑，產(chǎn)物中會(huì)混有Co2(OH)2CO3，這是因?yàn)?/span>__。

③在空氣中燒結(jié)反應(yīng)的化學(xué)方程式是__。

Answer 1

【答案】研磨加熱 H2O2+2Fe2++2H+=2Fe3++2H2O Fe(OH)3、Al(OH)3 0.025 強(qiáng)酸性 Co2++2HCO=CoCO3↓+H2O+CO2↑ 相同條件下，(NH4)2CO3堿性更強(qiáng)，且Co2(OH)2CO3的溶解度小 4CoCO3+2Li2CO3+O24LiCoO2+6CO2

【解析】

紅土鎳礦經(jīng)過(guò)研磨增大酸浸時(shí)的接觸面積，加硫酸后金屬氧化物溶解得到相應(yīng)的硫酸鹽，二氧化硅不溶于硫酸成為濾渣1，濾液1中加過(guò)氧化氫將亞鐵離子氧化成三價(jià)鐵離子，調(diào)劑pH到5使鐵離子和鋁離子轉(zhuǎn)變成氫氧化物沉淀，濾渣2為氫氧化鋁和氫氧化鐵，濾液2進(jìn)行萃取得到有機(jī)相，再反萃取，經(jīng)過(guò)處理得到鈷酸鋰(LiCoO2)，據(jù)此分析解答。

(1)研磨可以增大反應(yīng)物間的接觸面積，提高反應(yīng)速率，加熱、升高溫度能增大反應(yīng)速率，故答案為：研磨、加熱；

(2) ①H2O2的作用是將Fe2+氧化為Fe3+，加入H2O2發(fā)生反應(yīng)H2O2+2Fe2++2H+=2Fe3++2H2O，故答案為：H2O2+2Fe2++2H+=2Fe3++2H2O；

②根據(jù)以上分析濾渣2主要成分是氫氧化鋁和氫氧化鐵，故答案為：Fe(OH)3、Al(OH)3；

(3) ①根據(jù)萃取劑濃度對(duì)溶液中Ni2+、Co2+的萃取率影響圖可知，當(dāng)萃取劑濃度的為0.025 mol/L時(shí)，Co的萃取率相對(duì)較高，且此時(shí)Ni的萃取率接近0，故答案為：0.025；

②根據(jù)萃取反應(yīng)平衡Co2+(水相)+2RH(有機(jī)相)CoR2(有機(jī)相)+2H+(水相)可知，酸性增強(qiáng)時(shí)平衡逆向移動(dòng)，有利于Co重新進(jìn)入水相，故答案為：強(qiáng)酸性；

(4) ①向反萃取后的水溶液中加入稍過(guò)量NH4HCO3，得到CoCO3沉淀，發(fā)生的反應(yīng)為：Co2++2HCO=CoCO3↓+H2O+CO2↑，故答案為：Co2++2HCO=CoCO3↓+H2O+CO2↑；

②若使用(NH4)2CO3做沉淀劑，產(chǎn)物中會(huì)混有Co2(OH)2CO3，主要因?yàn)樘妓岣�離子的水解程度比碳酸氫根離子強(qiáng)，溶液的堿性更強(qiáng)，且Co2(OH)2CO3的溶解度小，故答案為：相同條件下，(NH4)2CO3堿性更強(qiáng)，且Co2(OH)2CO3的溶解度小；

③將CoCO3與Li2CO3按n(Li)：n(Co)=1的比例混合，鼓入空氣，高溫?zé)�結(jié)，得到Li2CoO2，反應(yīng)中Co元素的化合價(jià)由+2價(jià)升至+3價(jià)，O元素的化合價(jià)由0價(jià)降至-2價(jià)，根據(jù)得失電子守恒和原子守恒，反應(yīng)的方程式為：4CoCO3+2Li2CO3+O24LiCoO2+6CO2，故答案為：4CoCO3+2Li2CO3+O24LiCoO2+6CO2；