Question

廢鋰電池（圖中簡稱廢料，主要成份為LiCoO₂、炭粉和鋁箔）的回收流程如下

（1）廢液A中除NaOH外，還大量存在的溶質是

 

，廢渣B的主要成分是

 

．
（2）廢氣C為黃綠色有毒氣體，步驟②中產生C的化學方程式為

 

．
（3）為提高步驟②的效率．在實驗室中研究不同條件下CO²⁺的浸出率．結果如下表．從實驗結果看，在僅考慮提高CO²⁺的浸出率的情況下，實驗

 

（填有效實驗的編號）為最優反應條件．

編號	溫度/℃	時間/min	鹽酸濃度/mol?L-1	鈷浸出率/%
1	80	120	3.04	97.82
2	80	150	3.04	100.0
3	80	180	3.04	100.0
4	80	150	2.28	100.0
5	80	150	1.52	80.26
6	70	150	2.28	86.85
7	90	150	2.28	100.0
8	80	150	2.28	100.6

（4）已知Li₂CO₃的飽和溶液濃度與溫度的關系如下表所示．步驟④中操作x為：蒸發濃縮并趁熱過濾，該操作的目的是

 

．90℃，Ksp（Li₂CO₃）的值為

 

．

溫度/℃	0	30	60	90
濃度/mol?L-1	0.21	0.17	0.14	0.10

（5）將回收得到的CoC₂O₄?2H₂O與Li₂CO₃以2：1的物質的量之比混合后，通人足量空氣并加強熱，可重新得到活性“CoO₂材料．通人足量空氣作用是

 

．

Answer 1

考點：物質分離和提純的方法和基本操作綜合應用,難溶電解質的溶解平衡及沉淀轉化的本質,探究溫度、壓強對化學反應速率的影響

專題：實驗設計題

分析：（1）根據流程分析，過程①發生的反應為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，廢液A中除NaOH外，還大量存在的溶質是偏鋁酸鈉，因為碳粉與濃鹽酸不反應，所以廢渣B的主要成分是碳粉；
（2）根據題意信息步驟②發生的反應為LiCoO₂和過量的濃鹽酸反應生成氯化鋰、二氯化鈷、氯氣和水；
（3）由表中數據分析，為提高步驟②的效率，實驗2和4為最優反應條件；
（4）由表中數據知，碳酸鋰的溶解度隨溫度升高而降低，步驟④中操作X為蒸發濃縮并趁熱過濾，目的是減少碳酸鋰因溶解而損失；根據碳酸鋰的溶解平衡結合Ksp（Li₂CO₃）=C（Li⁺）²×C（CO₃^2-）計算；
（5）將回收的得到的CoC₂O₄?2H₂O與Li₂CO₃以2：1的物質的量之比混合后，通人足量空氣并加強熱，可重新得到活性“CoO₂材料，通人足量空氣作用是氧氣作氧化劑，防止LiCoO₂被還原．

解答： 解：（1）根據流程分析，過程①發生的反應為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，廢液A中除NaOH外，還大量存在的溶質是偏鋁酸鈉，因為碳粉與濃鹽酸不反應，所以廢渣B的主要成分是碳粉，故答案為：偏鋁酸鈉；碳粉；
（2）根據題意信息步驟②發生的反應為LiCoO₂和過量的濃鹽酸反應生成氯化鋰、二氯化鈷、氯氣和水，化學方程式為：2LiCoO₂+8HCl═2LiCl+2CoCl₂+Cl₂↑+4H₂O，
故答案為：2LiCoO₂+8HCl═2LiCl+2CoCl₂+Cl₂↑+4H₂O；
（3）由表中數據分析，為提高步驟②的效率，實驗2和4為最優反應條件；故答案為：2或4；
（4）由表中數據知，碳酸鋰的溶解度隨溫度升高而降低，步驟④中操作X為蒸發濃縮并趁熱過濾，此操作的目的是減少碳酸鋰因溶解而損失；根據碳酸鋰的溶解平衡，則90℃濃度為0.10mol/L，則C（Li⁺）=0.20mol/L，C（CO₃^2-）=0.10mol/L，所以Ksp（Li₂CO₃）=C（Li⁺）²×C（CO₃^2-）=0.20²×0.10=4×10^-3，
故答案為：減少碳酸鋰因溶解而損失；4×10^-3；
（5）將回收的得到的CoC₂O₄?2H₂O與Li₂CO₃以2：1的物質的量之比混合后，通人足量空氣并加強熱，可重新得到活性“CoO₂材料，通人足量空氣作用是氧氣作氧化劑，防止LiCoO₂被還原，故答案為：氧氣作氧化劑，且防止LiCoO₂被還原．

點評：本題考查了工業流程，涉及物質的分離與提純，化學方程式的書寫及其計算，難度較大．