Question

4．鋰離子電池應(yīng)用很廣，其正極材料可再生利用，某鋰離子電池的正極材料有鈷酸鋰 （LiCoO₂）導(dǎo)電劑乙炔黑和鋁箔等．現(xiàn)欲利用以下工藝流程回收正極材料中的某些金屬資源（部分條件未給出）．

回答下列問題：
（1）LiCoO₂中，Co元素的化合價為+3．
（2）寫出“正極堿浸”中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑．
（3）“酸浸”一般在80℃下進行，寫出該步驟中發(fā)生的所有氧化還原反應(yīng)的化學(xué)方程式2LiCoO₂+H₂O₂+3H₂SO₄ $\frac{\underline{\;80℃\;}}{\;}$Li₂SO₄+2CoSO₄+O₂↑+4H₂O；可用鹽酸代替H₂SO₄和H₂O₂的混合液進行反應(yīng)，缺點是有氯氣生成，污染較大，引入氯離子雜質(zhì)，在后續(xù)步驟中難以分離．
（4）寫出“沉鈷”過程中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式CoSO₄+2NH₄HCO₃=CoCO₃↓+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O．

Answer 1

分析 廢舊鋰離子電池放電處理拆解后正極用氫氧化鈉溶液堿溶過濾得到濾液調(diào)節(jié)溶液PH過濾得到氫氧化鋁沉淀；濾渣加入硫酸，過氧化氫調(diào)節(jié)溶液PH過濾得到濾液加入萃取劑萃取分液得到水層為硫酸鋰，有機層通過反萃取得到水層硫酸鈷溶液加入碳酸氫銨溶液沉淀鈷離子得到碳酸鈷固體；
（1）根據(jù)化合物中，化合價的代數(shù)和為0判斷；
（2）堿浸正極時，鋁和氫氧根離子反應(yīng)生成偏鋁酸根離子和氫氣；
（3）根據(jù)所加入的反應(yīng)物以及生成物結(jié)合質(zhì)量守恒定律來書寫化學(xué)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；
（4）“沉鈷”過程中硫酸鈷和碳酸氫銨反應(yīng)生成碳酸鈷沉淀．

解答 解：（1）根據(jù)化合物中，化合價的代數(shù)和為0知，LiCoO₂中，Co元素的化合價為+3價，故答案為：+3；
（2）正極中含有鋁，鋁易溶于強堿溶液生成AlO₂^-，反應(yīng)的離子方程式為2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，
故答案為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；
（3）酸浸時反應(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$\frac{\underline{\;80℃\;}}{\;}$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，且引入氯離子雜質(zhì)，在后續(xù)步驟中難以分離，
故答案為：2LiCoO₂+H₂O₂+3H₂SO₄$\frac{\underline{\;80℃\;}}{\;}$Li₂SO₄+2CoSO₄+O₂↑+4H₂O；有氯氣生成，污染較大，引入氯離子雜質(zhì)，在后續(xù)步驟中難以分離；
（4）“沉鈷”過程中硫酸鈷和碳酸氫銨反應(yīng)生成碳酸鈷沉淀、硫酸銨、二氧化碳和水，反應(yīng)方程式為CoSO₄+2NH₄HCO₃=CoCO₃↓+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O，
故答案為：CoSO₄+2NH₄HCO₃=CoCO₃↓+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O．

點評 本題為生產(chǎn)流程題，涉及金屬的回收、環(huán)境保護、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，做題時注意仔細審題，從題目中獲取關(guān)鍵信息，難度中等．