Question

【題目】鋰離子電池應用十分廣泛，從廢舊鉆酸鋰(LiCoO2)鋰離子電池中回收鋁、鐵、鈷、鋰等元素成了重要的研究課題。現欲利用圖19所示的工藝流程回收廢舊電池中的某些金屬資源(部分條件未給出)。回答下列問題：

已知：①濾液1中陽離子有H+、Co2+、Fe2+、Al3+、Li+等；

②兩種物質不同溫度下的溶解度如下表所示：

(1)鈷酸鋰( LiCoO2)鈷元素的化合價為___________。

(2)浸泡時加入Na2SO3的主要目的是______________________；可用鹽酸代替H2SO4和Na2SO3的混合液，但缺點是______________________。

(3)濾液1中加入NaClO3的主要目的是______________________(用離子方程式表示)。

(4)為了使Fe3+、Al3+沉淀完全(通常認為金屬離子濃度小于或等于10－5mo·L－1時已沉淀完全)加入氨水調節pH的最小值是___________。（已知：Ksp[Fe(OH)3]=1.0×10－39，Ksp[Al(OH)3]=2.7×10－34，1g3=0.52）

(5)濾液3中加入飽和Na2CO3溶液，過濾后，需要用“熱水洗滌”的原因是___________。

(6)利用LiOH和鈷氧化物可制備鋰離子電池正極材料。LiOH可由電解法制備，利用如圖所示的裝置電解制備LiOH，兩電極區電解液分別為LiOH和LiCl溶液。B極區電解液為___________(填化學式)溶液；陽極電極反應式為______________________；電解過程中Li+向___________(填“A”或“B”)電極遷移。

Answer 1

【答案】+3 將Co3+還原為Co2+ Cl-被氧化生成Cl2，對環境污染較大 6Fe2++ ClO3—+ 6H+==6Fe3++Cl+ 3H2O 4.52 Li2CO3溶解度隨溫度升高而減小，熱水洗滌可減小Li2CO3損失 LiOH 2Cl- -2eˉ==Cl2↑ B

【解析】

本題要回收鋁、鐵、鈷、鋰等元素，利用SO32-的還原性，NaClO3的氧化性處理鈷、鐵，然后調節pH將鋁、鐵分離，最后結晶回收鋰。

（1）由化合價代數和為0算出鈷酸鋰( LiCoO2)中鈷元素的化合價為+3；

（2）SO32-的具有還原性，可將Co3+還原為Co2+，若用鹽酸代替，Cl-被氧化產生Cl2，對環境污染較大；

（3）NaClO3具有氧化性，可將溶液中Fe2+完全轉化為Fe3+，對應離子反應方程式為：6Fe2++ ClO3—+ 6H+==6Fe3++Cl+ 3H2O；

（4）因Ksp[Fe(OH)3]<Ksp[Al(OH)3]，當Al3+沉淀完全時，Fe3+也必然沉淀完全，由，則，故pH=-lgc(H+)=4.52；

（5）由信息②可知，Li2CO3溶解度隨溫度升高而減小，熱水洗滌可減小Li2CO3損失；

（6）由B極區產生H2可知B極為陰極，發生的反應為2H2O +2eˉ==H2↑+2OH-，則B極區電解液為LiOH溶液，陽極區電解液為LiCl溶液，電極反應為2Cl- -2eˉ==Cl2↑，陽離子向陰極移動，即Li+向B電極遷移。