Question

便攜式電源廣泛采用的鋰離子電池正極材料（主要含有LiCoO₂及少量Al、Fe等）．某研究性學(xué)習(xí)小組為了回收鈷和鋰，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)流程如圖1：

（1）第②步通入空氣的目的是

 

，濾渣的主要成分是

 

（填化學(xué)式）．
（2）第①步反應(yīng)的離子方程式是

 

+SO₃^2-+

 

=Li⁺+

 

+

 

+

 

．
（3）將第④步得到的Li₂CO₃粗品先溶于鹽酸，并對(duì)此溶液A通過離子隔膜電解法進(jìn)行提純，裝置如圖2所示，再向所得濃溶液B中加入過量的NH₄HCO₃溶液，過濾，烘干得高純Li₂CO₃．則氣體A為

 

（填化學(xué)式），通過離子交換膜的離子為

 

（填離子符號(hào)）．
（4）將第③步得到的Co（OH）₂在空氣中加熱，完全變成Co₃O₄，經(jīng)稱量Co₃O₄的質(zhì)量為4.82g，則第①步至少加入含

 

gNa₂SO₃的溶液．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：電池正極材料主要含有LiCoO₂及少量Al、Fe等酸溶后加入亞硫酸鈉溶液反應(yīng)得到硫酸鈷溶液和氫氣，加入氫氧化鈉溶液通入熱的空氣氧化亞鐵離子為鐵離子，使鐵離子沉淀，鋁離子完全沉淀，加入氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)溶液PH=9-10過濾得到氫氧化鈷沉淀，濾液中加入碳酸鈉溶液調(diào)節(jié)溶液PH=11-12過濾得到碳酸鋰；
（1）步驟②通入熱的空氣目的是將亞鐵離子氧化為鐵離子，調(diào)節(jié)溶液PH使鐵離子和鋁離子完全沉淀；
（2）第一步反應(yīng)是LiCoO₂和亞硫酸鈉在酸溶液中發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成鈷離子和硫酸鹽；
（3）電解原理分析，與電源正極連接的是陽極，與電源負(fù)極連接的為陰極，將第④步得到的Li₂CO₃粗品先溶于鹽酸，并對(duì)此溶液A通過離子隔膜電解法進(jìn)行提純，溶液中氯離子在陽極失電子生成氯氣，陰極是氫離子得到電子生成氫氣，鋰離子移向陰極，離子交換膜為陽離子交換膜；
（4）陽極反應(yīng)的離子方程式和鈷元素守恒計(jì)算．

解答： 解：電池正極材料主要含有LiCoO₂及少量Al、Fe等酸溶后加入亞硫酸鈉溶液反應(yīng)得到硫酸鈷溶液和氫氣，加入氫氧化鈉溶液通入熱的空氣氧化亞鐵離子為鐵離子，使鐵離子沉淀，鋁離子完全沉淀，加入氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)溶液PH=9-10過濾得到氫氧化鈷沉淀，濾液中加入碳酸鈉溶液調(diào)節(jié)溶液PH=11-12過濾得到碳酸鋰；
（1）步驟②通入熱的空氣目的是將亞鐵離子氧化為鐵離子，調(diào)節(jié)溶液PH使鐵離子和鋁離子完全沉淀，得到濾渣為Fe（OH）₃、Al（OH）₃；
故答案為：將Fe²⁺氧化為Fe³⁺；Fe（OH）₃、Al（OH）₃；
（2）第一步反應(yīng)是LiCoO₂和亞硫酸鈉在酸溶液中發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成鈷離子和硫酸鹽，反應(yīng)的離子方程式為：2LiCoO₂+SO₃^2-+6H⁺=2Li⁺+2Co²⁺+SO₄^2-+3H₂O；
故答案為：2LiCoO₂；6H⁺；2Co²⁺；SO₄^2-；3H₂O；
（3）電解原理分析，與電源正極連接的是陽極，與電源負(fù)極連接的為陰極，將第④步得到的Li₂CO₃粗品先溶于鹽酸，并對(duì)此溶液A通過離子隔膜電解法進(jìn)行提純，溶液中氯離子在陽極失電子生成氯氣，陰極是氫離子得到電子生成氫氣，鋰離子移向陰極，離子交換膜為陽離子交換膜；
故答案為：Cl₂；Li⁺；
（4）陽極反應(yīng)的離子方程式：將第③步得到的Co（OH）₂在空氣中加熱，完全變成Co₃O₄，經(jīng)稱量Co₃O₄的質(zhì)量為4.82g，物質(zhì)的量=

4.82g

241g/mol

=0.02mol；
依據(jù)鈷元素守恒可知，
2LiCoO₂+SO₃^2-+6H⁺=2Li⁺+2Co²⁺+SO₄^2-+3H₂O，
         1              2
         n             0.02mol×3
n=0.03mol
加入亞硫酸鈉質(zhì)量=0.03mol×126g/mol=3.78g；
故答案為：3.78．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了物質(zhì)分離和提純的方法分析判斷，電解池原理的應(yīng)用離子方程式計(jì)算分析，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．