Question

【題目】廢舊鋰離子電池的正極材料試樣(主要含有LiCoO2及少量Al、Fe等)可通過下列實驗方法回收鈷，并制備金屬鋰。

已知：①部分金屬氫氧化物開始沉淀和完全沉淀時的pH：

氫氧化物	Fe(OH)3	Al(OH)3	Co(OH)2
開始沉淀pH	2.7	3.7	9.6
完全沉淀pH	3.7	4.7	11

②Li2CO3在不同溫度下的溶解度如下表：

溫度/℃	0	10	20	50	75	100
Li2CO3的溶解度/g	1.539	1.406	1.329	1.181	0.866	0.728

(1)LiCoO2中，Co元素的化合價為_____。

(2)上述流程中為加快化學反應速率而采取的措施是_____。

(3)在上述溶解過程中，通入SO2的目的為_____。

(4)加NaOH調pH的目的是_____。

(5)寫出“沉鈷”過程中發生反應的離子方程式_____。

(6)洗滌所得Li2CO3沉淀要使用_____(填“熱水”或“冷水”)，將氯化鋰溶液蒸干的過程中還需不斷通入HCl氣體，其作用是_____。

(7)Co(OH)2在空氣中加熱時，固體殘留率隨溫度的變化如圖所示。已知鈷的氫氧化物加熱至290℃時已完全脫水，則1000℃時，剩余固體的成分為_____(填化學式)。

Answer 1

【答案】+3 研磨 將Co 3+還原為Co 2+ 將Fe3+、 Al3+轉化為沉淀除去 Co2++2OH﹣＝Co（OH）2↓ 熱水 抑制LiCl 水解，同時帶走水蒸氣 CoO

【解析】

正極材料經過研磨后變成粉末狀，增大表面積，與稀硫酸反應時能加快反應速率，二氧化硫具有還原性，通入二氧化硫，可將Co 3+還原為Co 2+；根據部分金屬氫氧化物開始沉淀和完全沉淀時的pH可知，第一次加入NaOH調pH的目的是將Fe3+、 Al3+轉化為沉淀除去；第二次加入NaOH沉淀Co；再次加入NaOH和Na2CO3使Li轉化為Li2CO3沉淀；Li2CO3沉淀和鹽酸反應生成氯化鋰，再經過加熱蒸干、電解得到Li單質。

（1）LiCoO2中，Li為+1價、O為﹣2價，則Co元素的化合價為+3，故答案為：+3；

（2）將固體研磨的目的是為加快化學反應速率，故答案為：研磨；

（3）二氧化硫具有還原性，通入二氧化硫，可將Co 3+還原為Co 2+，故答案為：將Co 3+還原為Co 2+；

（4）濾液中含有Fe3+、 Al3+，加NaOH調pH的目的是將Fe3+、 Al3+轉化為沉淀除去，故答案為：將Fe3+、 Al3+轉化為沉淀除去；

（5）“沉鈷”過程中發生反應的離子方程式為Co2++2OH﹣＝Co（OH）2↓，故答案為：Co2++2OH﹣＝Co（OH）2↓；

（6）溫度升高，溶解度降低，則應用熱水洗滌，避免碳酸鋰溶解，將氯化鋰溶液蒸干的過程中還需不斷通入HCl氣體，其作用是 抑制LiCl 水解，同時帶走水蒸氣，

故答案為：熱水； 抑制LiCl 水解，同時帶走水蒸氣；

（7）根據質量守恒定律，在變化過程中，Co的質量沒有變，假設原始固體質量為100g，則n（Co）＝mol，m（Co）＝100×g；

在1000℃時，固體質量不再變化，說明Co（OH）2完全分解，n（Co）：n（O）＝：[（80.65﹣100×）×]＝1：1，剩余固體成分為CoO，故答案為：CoO。