Question

19．2006年世界鋰離子電池總產量超過25億只，鋰電池消耗量巨大，對不可再生的金屬資源的消耗是相當大的．因此鋰離子電池回收具有重要意義，其中需要重點回收的是正極材料，其主要成分為鈷酸鋰（LiCoO₂）、導電乙炔黑（一種炭黑）、鋁箔以及有機粘接劑．某回收工藝流程如下：

（1）上述工藝回收到的產物有Al（OH）₃．CoSO₄．Li₂CO₃．
（2）廢舊電池可能由于放電不完全而殘留有原子態的鋰，為了安全對拆解環境的要求是隔絕空氣和水分．
（3）堿浸后的濾液中加入稀硫酸調節溶液的pH較難操作，可改用通入足量的CO₂氣體，離子方程式為AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₂+HCO₃^-
（4）酸浸時如果用鹽酸代替H₂SO₄和H₂O₂的混合液也能達到溶解的目的，但不利之處是有氯氣生成，污染較大，化學方程式為2LiCoO₂+8HCl=2LiCl+2CoCl₂+Cl₂↑+4H₂O．
（5）生成Li₂CO₃的化學反應方程式為Li₂SO₄+Na₂CO₃=Na₂SO₄+Li₂CO₃↓．已知Li₂CO₃在水中的溶解度隨著溫度升高而減小，最后一步過濾時應該趁熱．

Answer 1

分析 鋁鈷膜廢料中含有LiCo0₂和鋁箔，將廢料先用堿液浸泡，將Al充分溶解，過濾后得到的濾液為含有偏鋁酸鈉，濾渣為LiCo0₂；通過調節濾液的pH，將偏鋁酸鈉轉化成氫氧化鋁沉淀；將濾渣用雙氧水、硫酸處理后生成Li₂SO₄、CoSO₄，反應的離子方程式為：2LiCoO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Li₂SO₄+2CoSO₄+O₂↑+4H₂O，通過操作分別分離出Li₂SO₄、CoSO₄，通過濃縮、加入飽和碳酸鈉溶液后過濾，最后得到碳酸鋰固體，
（1）根據工藝流程的最終產物可判斷回收到的產物，應為Al（OH）₃、CoSO₄、Li₂CO₃；
（2）從金屬鋰的化學性質分析，鋰為活潑金屬；
（3）二氧化碳與偏鋁酸根離子反應生成氫氧化鋁沉淀，且不需要調節溶液的pH；
（4）根據所加入的反應物以及生成物結合質量守恒定律來書寫化學方程式；由題中信息知LiCoO₂具有強氧化性，加入鹽酸有污染性氣體氯氣生成；
（5）根據質量守恒定律來書寫化學方程式，Li₂CO₃在水中的溶解度隨著溫度的升高而減小，應趁熱過濾．

解答 解：鋁鈷膜廢料中含有LiCo0₂和鋁箔，將廢料先用堿液浸泡，將Al充分溶解，過濾后得到的濾液為含有偏鋁酸鈉，濾渣為LiCo0₂；通過調節濾液的pH，將偏鋁酸鈉轉化成氫氧化鋁沉淀；將濾渣用雙氧水、硫酸處理后生成Li₂SO₄、CoSO₄，反應的離子方程式為：2LiCoO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Li₂SO₄+2CoSO₄+O₂↑+4H₂O，通過操作分別分離出Li₂SO₄、CoSO₄，通過濃縮、加入飽和碳酸鈉溶液后過濾，最后得到碳酸鋰固體，
（1）工藝流程的最終產物為：Al（OH）₃、CoSO₄、Li₂CO₃，
故答案為：Al（OH）₃．CoSO₄．Li₂CO₃；
（2）金屬鋰性質活潑，易與氧氣、水發生反應，應隔絕空氣和水分，
故答案為：隔絕空氣和水分；
（3）偏鋁酸根離子與二氧化碳反應生成氫氧化鋁沉淀，可以通入足量的CO₂氣體，不需要調節溶液的pH，反應的離子方程式為：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₂+HCO₃^-，
故答案為：通入足量的CO₂氣體； AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₂+HCO₃^-；
（4）由題中信息知LiCoO₂具有強氧化性，加入鹽酸有污染性氣體氯氣生成，反應的離子方程式為：2LiCoO₂+8HCl=2LiCl+2CoCl₂+Cl₂↑+4H₂O，
故答案為：有氯氣生成，污染較大；2LiCoO₂+8HCl=2LiCl+2CoCl₂+Cl₂↑+4H₂O；
（5））碳酸鋰難溶，生成Li₂CO₃的化學反應屬于復分解反應，方程式為：Li₂SO₄+Na₂CO₃=Na₂SO₄+Li₂CO₃↓；
Li₂CO₃在水中的溶解度隨著溫度的升高而減小，應趁熱過濾，
故答案為：Li₂SO₄+Na₂CO₃=Na₂SO₄+Li₂CO₃↓；趁熱．

點評 本題考查物質的分離與提純方法的綜合應用及物質的制備方案的設計，題目難度中等，涉及金屬的回收、環境保護、氧化還原反應、物質的分離提純和除雜等知識，題目較為綜合，做題時注意仔細審題，從題目中獲取關鍵信息．