Question

【題目】從報廢后的鋰電池（主要成分為LiCoO2，此外含鐵、鋁、銅、錳、鎳等）中回收有關(guān)物質(zhì)，回收工藝流程如下：

（1）操作②的名稱為_______________，操作①的目的是___________________________。

（2）寫出酸浸過程中LiCoO2發(fā)生氧化還原反應(yīng)的化學(xué)方程式_______________________。

（3）室溫下，各物質(zhì)的Ksp如下表所示：（已知：lg2＝0.3、1g6＝0.8）

物質(zhì)	Al(OH)3	Mn(OH)2	Co(OH)2	Ni(OH)2
Ksp	1×10－35	2×10－13	6×10－15	4×10－15

若水相中各金屬離子濃度均為0.1mol/L，且離子濃度小于1.0×10－5mol/L，即認為該離子已完全除去，操作②需調(diào)節(jié)溶液pH的取值范圍為_________。（保留1位小數(shù)）

（4）某鋰離子電池正極材料含有LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2，其中Ni、Co的化合價分別為＋2、＋3，則Mn的化合價為_______。該材料可通過回收的Ni(1－x－y)CoxMnyCO3與LiOH·H2O燒結(jié)得到，反應(yīng)中不能隔絕空氣，其原因是_______________________________________________________。

Answer 1

【答案】過濾 除銅 2LiCoO2＋H2O2＋3H2SO4=Li2SO4＋2CoSO4＋4H2O＋O2↑ 4.0≤pH＜7.3（寫4.0～7.3也可） ＋4 需要空氣中的O2把其中＋2價的Co和＋2價的Mn氧化為更高的價態(tài)

【解析】

由流程圖可知，廢鋰電池（主要成分為LiCoO2，此外含鐵、鋁、銅、錳、鎳等），拆解后酸浸，加入過氧化氫還原+3價鈷，過濾除去不溶性雜質(zhì)，濾液加Na2SO4除鐵（形成黃鈉鐵礬），加萃取劑萃取除銅，再通氨氣，調(diào)節(jié)溶液pH沉淀鋁離子過濾得到固體氫氧化鋁；此時濾液中含有Li+、Ni2+、Co2+、Mn2+，再加NH4HCO3制LiOHH2O，并回收Co。

（1）根據(jù)上述工藝流程圖得出，操作②的名稱為過濾，操作①為萃取，其目的是除銅，

因此，本題正確答案是：過濾；除銅；

（2）LiCoO2和H2O2在酸性條件下發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硫酸鋰、硫酸鈷、水和氧氣，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2LiCoO2＋H2O2＋3H2SO4=Li2SO4＋2CoSO4＋4H2O＋O2↑，

因此，本題正確答案是：2LiCoO2＋H2O2＋3H2SO4=Li2SO4＋2CoSO4＋4H2O＋O2↑；

（3）由上述工藝流程圖可知，操作②需調(diào)節(jié)溶液pH的目的是使Al(OH)3沉淀完全，而Ni2+、Co2+、Mn2+不沉淀，

若使Al(OH)3沉淀完全，根據(jù)Ksp[Al(OH)3]=c(Al3+)c3(OH-)，則c(OH-)==10-10mol/L，所以pH=-lg10-4=4.0，

若使Ni2+、Co2+、Mn2+不沉淀，由于Ni(OH)2溶度積最小，若Ni(OH)2不沉淀，則Co2+、Mn2+也不沉淀，根據(jù)Ksp[Ni(OH)2]=c(Ni2+)c2(OH-)，則c(OH-)==2×10-7mol/L，

c(H+)==5×10-8，pH=-lg5×10-8=8-lg5=7.3，

調(diào)節(jié)溶液pH的取值范圍為4.0≤pH＜7.3，

因此，本題正確答案是：4.0≤pH＜7.3；

（4）根據(jù)化合價代數(shù)和為0，LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2中Ni、Co的化合價分別為＋2、＋3，設(shè)Mn的化合價為x。則1+(+2)+(+3)+x+(-2)×2=0，計算得x=+4，

由Ni(1－x－y)CoxMnyCO3可知Co和Mn的化合價較低，需要O2將其氧化到較高價態(tài)，故通過回收的Ni(1－x－y)CoxMnyCO3與LiOH·H2O燒結(jié)得到LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2，反應(yīng)中不能隔絕空氣，

因此，本題正確答案是：+4；需要空氣中的O2把其中＋2價的Co和＋2價的Mn氧化為更高的價態(tài)。