Question

5．廢舊鋰離子電池的回收利用意義重大，其正極廢料的主要成分是LiCoO₂、鋁、炭黑及其他
雜質(zhì)，回收利用的流程如下：

已知“溶液A”中主要金屬離子是Co²⁺、Li⁺，還含有少量Fe³⁺、Al³⁺、Cu²⁺． 
（1）步驟①中鋁溶解的離子方程式為2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，能代替稀H₂SO₄處理“浸出液”得到固體X試劑可以是BC．
A、NaOH溶液   B、CO₂   C、稀HCl   D、氨水
（2）步驟②中LiCoO₂固體溶解的化學(xué)方程式為2LiCoO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Li₂SO₄+2CoSO₄+O₂↑+4H₂O，該反應(yīng)的還原劑是H₂O₂． 
（3）實(shí)驗(yàn)表明溶液A中各種金屬離子的沉淀率隨pH的變化如圖，除雜時(shí)加入氨水調(diào)節(jié)溶液pH，可除去的雜質(zhì)離子是Fe³⁺、Al³⁺．
（4）母液中含量最大的三種離子是NH₄⁺、Li⁺、SO₄^2-． 
（5）從1000 g鋰離子電池正極材料（Li元素含量為5%）中可回收Li₂CO₃的質(zhì)量為222 g．（已知回收率為84%，Li₂CO₃化學(xué)式量為74）

Answer 1

分析 正極廢料中含有LiCo0₂、鋁、炭黑，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，在浸出液中加入稀硫酸生成氫氧化鋁，過濾得到氫氧化鋁，灼燒、電解可得到鋁；濾渣為LiCo0₂、炭黑等，將濾渣用雙氧水、硫酸處理后生成Li₂SO₄、CoSO₄，反應(yīng)的離子方程式為：2LiCoO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Li₂SO₄+2CoSO₄+O₂↑+4H₂O，題給信息可知A溶液主要的金屬離子是Co²⁺、Li⁺，還含有少量Fe³⁺、Al³⁺、Cu²⁺，經(jīng)除雜后加入草酸銨，可得到CoC₂O₄固體，母液中含有Li⁺，加入飽和碳酸鈉溶液后過濾，最后得到碳酸鋰固體，
（1）Al與氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸根離子和氫氣；偏鋁酸根離子與二氧化碳、HCl等酸性溶液均能反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀；
（2）過氧化氫、LiCoO₂和硫酸反應(yīng)生成Li₂SO₄、CoSO₄、氧氣和水；反應(yīng)中化合價(jià)升高的作還原劑；
（3）調(diào)節(jié)pH時(shí)Co²⁺不生成沉淀，而Fe³⁺、Al³⁺生成沉淀；
（4）由流程分析判斷；
（5）1000 g鋰離子電池正極材料（Li元素含量為5%），回收率為84%，可以求出Li的質(zhì)量和物質(zhì)的量，根據(jù)Li元素守恒計(jì)算Li₂CO₃的質(zhì)量．

解答 解：（1）鋁能與堿反應(yīng)生成AlO₂^-，反應(yīng)的離子方程式為2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，偏鋁酸鈉溶液加入稀硫酸，可生成Al（OH）₃沉淀，也可以用其它酸代替硫酸，如鹽酸、二氧化碳等，
故答案為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；BC；
（2）酸浸時(shí)反應(yīng)物有硫酸、過氧化氫以及LiCoO₂，生成物有Li₂SO₄和CoSO₄，反應(yīng)方程式為：2LiCoO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Li₂SO₄+2CoSO₄+O₂↑+4H₂O，反應(yīng)中Co元素化合價(jià)降低，O元素化合價(jià)升高，H₂O₂為還原劑，
故答案為：2LiCoO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Li₂SO₄+2CoSO₄+O₂↑+4H₂O；H₂O₂；
（3）由圖2可知，當(dāng)調(diào)節(jié)pH＜5.0時(shí)，Co²⁺不生成沉淀，而Fe³⁺、Al³⁺易生成沉淀而除去，可除去雜質(zhì)離子是Fe³⁺、Al³⁺，
故答案為：Fe³⁺、Al³⁺；
（4）由流程可知，經(jīng)分離、提純后，母液中含有Li⁺、NH₄⁺、SO₄^2-等離子，
故答案為：Li⁺、NH₄⁺、SO₄^2-；
（5）1000g鋰離子電池正極材料中Li的質(zhì)量為1000g×5%=50g，回收的質(zhì)量為50g×84%=42g，n（Li）=$\frac{42g}{7g/mol}$=6mol，
則n（Li₂CO₃）=3mol，m（Li₂CO₃）=3mol×74=222g，
故答案為：222g．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)分離提純實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，側(cè)重于學(xué)生的分析能力的考查，題目涉及金屬的回收、環(huán)境保護(hù)、氧化還原反應(yīng)、物質(zhì)的分離提純和除雜等問題，題目較為綜合，做題時(shí)注意仔細(xì)審題，從題目中獲取關(guān)鍵信息，難度中等．