Question

3．2006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）堿浸時主要反應的離子方程式為2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑．
（4）酸浸時反應的化學方程式為2LiCoO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Li₂SO₄+2CoSO₄+O₂↑+4H₂O．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．
（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，最后一步過濾時應趁熱
（6）CO和鐵粉在一定條件下可以合成五羰基合鐵[Fe（CO）₅]，該物質可用作無鉛汽油的防爆劑，是一種淺黃色液體，易溶于苯等有機溶劑，不溶于水，光照時生成Fe₂（CO）₉，60℃發生自燃． 今將一定量的Fe（CO）₅的苯溶液，用紫外線照射片刻．取照射后的溶液完全燃燒，得到30.58gCO₂、5.4gH₂O及1.6g紅棕色粉末．紅棕色粉末的化學式為Fe₂O₃，照射后的溶液中Fe（CO）₅和Fe₂ （CO）₉的物質的量之比為2：1．

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）根據所加入的反應物以及生成物結合質量守恒定律和電荷守恒定律來書寫離子方程式；
（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；
（6）依據含鐵的化合物的顏色判斷產物；依據鐵原子和碳原子個數守恒計算解答Fe（CO）₅和Fe₂（CO）₉的物質的量之比．

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）鋁能與堿反應生成AlO₂^-，反應的離子方程式為2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，
故答案為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；
（4）酸浸時反應物有硫酸、過氧化氫以及LiCoO₂，生成物有Li₂SO₄和CoSO₄，反應方程式為：2LiCoO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Li₂SO₄+2CoSO₄+O₂↑+4H₂O，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，
故答案為：2LiCoO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Li₂SO₄+2CoSO₄+O₂↑+4H₂O；有氯氣生成，污染較大；
（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；
（6）鐵的化合物中只有Fe₂O₃為紅棕色，所以該固體為Fe₂O₃，5.4g H₂O為苯燃燒生成，則
C₆H₆～6CO₂～3H₂O
6            3
n（CO₂）  $\frac{5.4g}{18g/mol}$
得 n（CO₂）=0.6mol
設Fe（CO）₅的物質的量為xmol，Fe₂（CO）₉的物質的量為ymol，
則依據鐵原子個數守恒可知，x+2y=$\frac{1.6g}{160g/mol}$×2=0.02mol；
依據碳原子個數守恒可知：5x+9y=$\frac{30.58g}{44g/mol}$-0.6mol=0.095mol；
解得：x=0.01mol y=0.005mol x：y=2：1；
故答案為：Fe₂O₃；2：1．

點評 本題為生產流程題，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問題，考查了實驗的設計，方程式的書寫，化學平衡表達式的書寫，物質的量的計算題目較為綜合，做題時注意仔細審題，從題目中獲取關鍵信息．本題難度中等．