Question

【題目】有研究預測，到2030年，全球報廢的電池將達到1100萬噸以上。而目前廢舊電池的回收率卻很低。為了提高金屬資源的利用率，減少環境污染，應該大力倡導回收處理廢舊電池。下面是一種從廢電池正極材料（含鋁箔、LiCoO2、Fe2O3及少量不溶于酸堿的導電劑）中回收各種金屬的工藝流程：

資料：1.黃鈉鐵礬晶體顆粒粗大，沉淀速度快，易于過濾。

2.鈷酸鋰難溶于水、碳酸鋰的溶解度隨溫度升高而降低。

回答下列問題：

(1)為了提高堿溶效率可以__，__。（任答兩種）

(2)從經濟效益的角度考慮，為處理“堿溶”后所得濾液，可向其中通入過量CO2，請寫出所發生反應的化學反應方程式__。

(3) “酸浸”時有無色氣體產生，寫出發生反應的離子方程式__。

(4) “沉鐵”時采用的“黃鈉鐵礬法”與傳統的通過調整溶液pH的“氫氧化物沉淀法”相比，金屬離子的損失少，請分析并說明原因：___。

(5) “沉鋰”后得到碳酸鋰固體的實驗操作為__。

(6)已知黃鈉鐵礬的化學式為NaxFey(SO4)m(OH)n。為測定黃鈉鐵礬的組成，進行了如下實驗：①稱取4.850g樣品，加鹽酸完全溶解后，配成100.00mL溶液；②量取25.00mL溶液，加入足量的KI，用0.2500molL-1Na2S2O3溶液進行滴定（反應2Fe3＋＋2I-=2Fe2＋＋I2，I2＋2Na2S2O3=2NaI＋Na2S4O6），消耗30.00mLNa2S2O3溶液至終點。③另取25.00mL溶液，加足量BaCl2溶液充分反應后，過濾、洗滌、干燥后得沉淀1.165g。

用Na2S2O3溶液進行滴定時，使用的指示劑為__；計算出黃鈉鐵礬的化學式__。

Answer 1

【答案】將正極材料粉碎 攪拌、適當升高溫度等(任答兩種) Na[Al(OH)4]+CO2==Al(OH)3↓+NaHCO3(或其他合理答案) 2LiCoO2+6H++H2O2==2Li++2Co2++O2↑+4H2O 調節pH時Fe3+會形成Fe(OH)3膠體，吸附溶液中的金屬陽離子 趁熱過濾 淀粉溶液 NaFe3(SO4)2(OH)6

【解析】

正極材料（含鋁箔、LiCoO2、Fe2O3及少量不溶于酸堿的導電劑）加入NaOH堿溶后，鋁箔溶解成為濾液，此時濾渣為LiCoO2、Fe2O3及少量不溶于酸堿的導電劑；加入H2SO4、H2O2酸浸后，LiCoO2、Fe2O3溶解生成Li+、Co2+(酸溶時生成的Co3+被H2O2還原為Co2+)，不溶于酸堿的導電劑成為濾渣；加入Na2SO4后，Fe3+轉化為黃鈉鐵礬沉淀；加入草酸銨飽和溶液后，Co2+轉化為CoC2O4沉淀；溶液濃縮后，加入純堿，Li+轉化為Li2CO3沉淀。

(1)為了提高堿溶效率，可以通過增大接觸面積、升高溫度等操作實現，具體操作為將正極材料粉碎，攪拌、適當升高溫度等(任答兩種)。答案為：將正極材料粉碎；攪拌、適當升高溫度等(任答兩種)；

(2)為處理“堿溶”后所得濾液中含有的Na[Al(OH)4]，向其中通入過量CO2，生成Al(OH)3沉淀和NaHCO3，發生反應的化學反應方程式為Na[Al(OH)4]+CO2==Al(OH)3↓+NaHCO3。答案為：Na[Al(OH)4]+CO2==Al(OH)3↓+NaHCO3(或其他合理答案)；

(3) “酸浸”時，LiCoO2溶解生成Li+、Co2+(酸溶時生成的Co3+被H2O2還原為Co2+)，同時生成O2，發生反應的離子方程式為2LiCoO2+6H++H2O2==2Li++2Co2++O2↑+4H2O。答案為：2LiCoO2+6H++H2O2==2Li++2Co2++O2↑+4H2O；

(4) “沉鐵”時采用的“黃鈉鐵礬法”與傳統的通過調整溶液pH的“氫氧化物沉淀法”相比，后者生成的Fe(OH)3膠體具有吸附作用，能吸附溶液中的金屬離子，從而造成離子損失，原因是：調節pH時Fe3+會形成Fe(OH)3膠體，吸附溶液中的金屬陽離子。答案為：調節pH時Fe3+會形成Fe(OH)3膠體，吸附溶液中的金屬陽離子；

(5)信息顯示，碳酸鋰的溶解度隨溫度升高而降低，由此得出“沉鋰”后得到碳酸鋰固體的實驗操作為趁熱過濾。答案為：趁熱過濾；

(6)在配成的100.00mL溶液中，依據關系式2Fe3+——I2——2 Na2S2O3，可求出n(Fe3+)=0.2500molL-1×0.030L×4=0.03mol，n(SO42-)==0.02mol，則

23n(Na+)+17n(OH-)+0.03×56+0.02×96=4.85(質量守恒)

0.03×3+ n(Na+)=0.02×2+ n(OH-) (電荷守恒)

從而求出n(Na+)=0.01mol，n(OH-)=0.06mol，n(Na+):n(Fe3+):n(SO42-):n(OH-)=1:3:2:6，用Na2S2O3溶液進行滴定時，使用的指示劑為淀粉溶液；根據上面計算出的比值，可確定黃鈉鐵礬的化學式為NaFe3(SO4)2(OH)6。答案為：淀粉溶液；NaFe3(SO4)2(OH)6。