Question

【題目】目前鋰電池的應(yīng)用日益廣泛，而廢舊鋰電池的回收利用是十分重要的課題�；厥绽�用廢舊鋰電池的流程如下：

已知：①鋰電池廢料的主要成分是LiCoO2、鋁、炭黑及其他雜質(zhì)。

②“溶液A”中主要金屬離子是Co2+、Li+，還含有少量Fe3+、Al3+、Cu2+。

請(qǐng)回答：

(1)步驟Ⅰ中鋁溶解的離子方程式為_____；

步驟Ⅲ中LiCoO2固體溶解的化學(xué)方程式為_______；

(2)關(guān)于步驟Ⅱ，下列實(shí)驗(yàn)操作或說(shuō)法合理的是_________

A．灼燒前，灼燒使用的蒸發(fā)皿洗凈后不需要擦干，然后加入固體X進(jìn)行灼燒

B．灼燒時(shí)需要用玻璃棒不斷攪拌

C．灼燒至恒重是指前后兩次稱量所得質(zhì)量之差不得超過(guò)一定的允許誤差，這個(gè)允許誤差一定為0.01g

D．在電解熔融的Al2O3制備金屬鋁時(shí)，通常需加入冰晶石(NaAlF6)以增強(qiáng)其導(dǎo)電性

(3)步驟Ⅳ中除雜時(shí)可加入氨水調(diào)節(jié)溶液的pH，實(shí)驗(yàn)表明溶液A中各種金屬離子的沉淀率隨pH的變化如下圖所示，則步驟Ⅳ中可除去的雜質(zhì)離子是_________。

(4)步驟Ⅴ可采用酸堿滴定法測(cè)定碳酸鋰的純度。滴定原理如下：碳酸鋰能夠與鹽酸反應(yīng)生成氯化鋰和二氧化碳，在碳酸鋰未完全反應(yīng)時(shí)，溶液保持中性(pH=7)。反應(yīng)完全后，隨著鹽酸的繼續(xù)滴入，溶液pH下降，以甲基紅—溴甲粉綠為指示劑，用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)液滴定試樣，用消耗鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的量來(lái)計(jì)算碳酸鋰的含量。

①配制約0.30molL-1鹽酸溶液不需要用到的儀器有________(填編號(hào))

a.量筒b.電子天平c.漏斗d.燒杯e.容量瓶f.玻璃棒g.膠頭滴管

②用0.3000molL-1鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，其中正確操作步驟的順序?yàn)?/span>________

a．加入0.1-0.2mL甲基紅—溴甲粉綠作指示劑；

b．煮沸去除CO2，再冷卻到室溫；

c．將試樣置于250mL錐形瓶中，加入20mL水溶解；

d．用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)液滴定至試液由綠色變成酒紅色；

e．繼續(xù)滴定至酒紅色(滴定突躍區(qū)域)即為終點(diǎn)

③碳酸鋰的純度可用下式計(jì)算：ω=，其中：ω—碳酸鋰試樣的純度；m—碳酸鋰試樣的質(zhì)量(g)；c—鹽酸標(biāo)準(zhǔn)液的濃度(molL-1)V1—試樣滴定時(shí)消耗鹽酸的體積(mL)；V0—滴定空白溶液(指不加試樣進(jìn)行滴定)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)鹽酸消耗的體積(mL)，0.03694—與1.00mL標(biāo)準(zhǔn)鹽酸(c=1.000molL-1)相當(dāng)?shù)奶妓徜嚨馁|(zhì)量(g)。

滴定空白溶液的目的是_________，上述滴定操作中，缺少“煮沸去除CO2，再冷卻到室溫”這個(gè)步驟，測(cè)定結(jié)果將_________(填“偏大”、“偏小”、“無(wú)影響”)。

Answer 1

【答案】2Al+2OH-+2H2O＝2+3H2↑或 2Al+2OH-+6H2O==2[Al(OH)4]- +3H2↑ 2LiCoO2+H2O2+3H2SO4＝Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O B Fe3+、Al3+ bc cadbe 以消除實(shí)驗(yàn)中的試劑、操作等綜合因素造成的滴定誤差 偏小

【解析】

鋰電池廢料中含有LiCoO2、鋁、炭黑，將廢料先用堿液浸泡，將Al充分溶解，過(guò)濾后得到的濾液中含有偏鋁酸鈉，在浸出液中加入稀硫酸生成氫氧化鋁，灼燒、電解可得到鋁，濾渣中含有LiCoO2，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(guò)濾，最后得到碳酸鋰固體，以此解答該題。

(1)步驟Ⅰ中，鋁與氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉，離子方程式為2Al+2OH-+2H2O＝2+3H2↑或2Al+2OH-+6H2O==2[Al(OH)4]-+3H2↑；步驟Ⅲ中，反應(yīng)物有LiCoO2、雙氧水、硫酸，生成物有Li2SO4和CoSO4，LiCoO2中Co化合價(jià)降低，則H2O2化合價(jià)升高生成O2，所以化學(xué)方程式為2LiCoO2+H2O2+3H2SO4＝Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O；

(2)步驟Ⅱ將氫氧化鋁，灼燒、電解后得到鋁，

A．蒸發(fā)皿一般用于蒸發(fā)溶液，氫氧化鋁為固體，一般用坩堝灼燒，A錯(cuò)誤；

B．灼燒時(shí)需要用玻璃棒不斷攪拌，避免局部過(guò)熱，引起蹦濺，B正確；

C．在重量分析法中，經(jīng)烘干或灼燒的坩堝或沉淀，前后兩次稱重之差小于0.2mg，C錯(cuò)誤；

D．在電解熔融的Al2O3制備金屬鋁時(shí)，通常需加入冰晶石(NaAlF6)，目的是降低氧化鋁的熔點(diǎn)，D錯(cuò)誤。

答案選B；

(3)如圖可知pH<5.0時(shí)，Co2+不生成沉淀，而Fe3+、Al3+易生成沉淀而除去，所以可除去的雜質(zhì)離子是Fe3+、Al3+；

(4)①配制約0.30molL-1鹽酸溶液需要的儀器有量筒、燒杯、容量瓶、玻璃棒、膠頭滴管，則不需要用到的儀器有bc；

②用0.3000molL-1鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，大體步驟為：取樣于錐形瓶中，加水溶解；加入指示劑；用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)液滴定至指示劑變色；煮沸去除CO2，再冷卻；繼續(xù)滴定至指示劑變色即為滴定終點(diǎn)，所以順序?yàn)?/span>cadbe；

③滴定空白溶液的目的是消除實(shí)驗(yàn)中的試劑、操作等綜合因素造成的滴定誤差；上述滴定操作中，如缺少煮沸去除CO2，則CO2溶于水使溶液呈酸性，所加鹽酸體積偏少，所以測(cè)定結(jié)果將偏小。