Question

11．廢舊鈷酸鋰鎳離子電池主要含有Fe、Al、Cu的單質(zhì)和LiCoO₂，某化學(xué)小組同學(xué)設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)流程分離其中各種金屬元素．

提示：FeC₂O₄難溶于水：Fe³⁺+3C₂O₄^2-═[Fe（C₂O₄）₃]^3-；[Fe（C₂O₄）₃]^3-遇酸轉(zhuǎn)化為Fe³⁺．回答下列問題：
（1）堿浸泡過程中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑．
（2）向固體殘?jiān)�中加入鹽酸時(shí)，LiCoO₂發(fā)生如下反應(yīng)，請(qǐng)完成該反應(yīng)的化學(xué)方程式：□LiCoO₂+□HCl-□LiCl+□CoCl₂+□Cl₂↑+□H₂O．
（3）向?yàn)V液A中加入H₂O₂的作用是氧化Fe²⁺為Fe³⁺，避免下一步Fe²⁺形成FeC₂O₄沉淀．
（4）過濾Li₂CO₃時(shí)發(fā)現(xiàn)濾液中有少量渾濁，從實(shí)驗(yàn)的角度給出一種可能的原因?yàn)V紙破損、濾液超過濾紙邊緣等．

Answer 1

分析 廢舊鈷酸鋰鎳離子電池主要含有Fe、Al、Cu的單質(zhì)和LiCoO₂，初步處理，加堿浸泡，鋁和堿液反應(yīng)生成偏鋁酸鹽和氫氣，固體殘?jiān)鼮椋篎e、Cu的單質(zhì)和LiCoO₂，加鹽酸Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，2LiCoO₂+8H⁺+2Cl^-=2Li⁺+2Co²⁺+Cl₂↑+4H₂O，沉淀為Cu，濾液A為Fe²⁺、Li⁺、Co³⁺、Cl^-，F(xiàn)eC₂O₄難溶于水，向?yàn)V液A中加入H₂O₂，氧化Fe²⁺為Fe³⁺，加入草酸銨，過濾沉淀為CoC₂O₄•2H₂O，濾液B為：Fe³⁺、Li⁺、Cl^-，加入碳酸鈉，發(fā)生的離子反應(yīng)為2Li⁺+CO₃^2-=Li₂CO₃↓，濾液C為Fe³⁺、Cl^-，加入氧化劑防止鐵離子被還原得氯化鐵溶液，
（1）堿浸泡過程中鋁和堿液反應(yīng)生成偏鋁酸鹽溶液；
（2）LiCoO₂中Li為+1價(jià)，Co為+3價(jià)，具有氧化性，HCl中-1價(jià)的氯具有還原性，Co（+3→+2），Cl（-1→0）根據(jù)得失電子守恒和元素守恒分析解答；
（3）FeC₂O₄難溶于水，[Fe（C₂O₄）₃]^3-遇酸轉(zhuǎn)化為Fe³⁺，為避免沉淀Fe²⁺，需氧化亞鐵離子，H₂O₂具有氧化性，F(xiàn)e²⁺具有還原性，向?yàn)V液A中加入H₂O₂的作用是氧化Fe²⁺為Fe³⁺；
（4）根據(jù)過濾實(shí)驗(yàn)可能出現(xiàn)渾濁的情況分析；

解答 解：廢舊鈷酸鋰鎳離子電池主要含有Fe、Al、Cu的單質(zhì)和LiCoO₂，初步處理，加堿浸泡，鋁和堿液反應(yīng)生成偏鋁酸鹽和氫氣，固體殘?jiān)鼮椋篎e、Cu的單質(zhì)和LiCoO₂，加鹽酸Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，2LiCoO₂+8H⁺+2Cl^-=2Li⁺+2Co²⁺+Cl₂↑+4H₂O，沉淀為Cu，濾液A為Fe²⁺、Li⁺、Co³⁺、Cl^-，F(xiàn)eC₂O₄難溶于水，向?yàn)V液A中加入H₂O₂，2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，氧化Fe²⁺為Fe³⁺，加入草酸銨，過濾沉淀為CoC₂O₄•2H₂O，濾液B為：Fe³⁺、Li⁺、Cl^-，加入碳酸鈉，發(fā)生的離子反應(yīng)為2Li⁺+CO₃^2-=Li₂CO₃↓，濾液C為Fe³⁺、Cl^-，加入氧化劑防止鐵離子被還原得氯化鐵溶液，
（1）鋁和堿液反應(yīng)生成偏鋁酸鹽和氫氣，所以堿浸泡過程中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，
故答案為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；
（2）LiCoO₂中Li為+1價(jià)，Co為+3價(jià)，具有氧化性，HCl中-1價(jià)的氯具有還原性，向固體殘?jiān)�中加入鹽酸時(shí)，Co（+3→+2），Cl（-1→0），最小公倍數(shù)為1，因Cl₂為雙原子分子，所以LiCoO₂前系數(shù)為2，根據(jù)原子守恒，未知物為水，所以反應(yīng)為：2LiCoO₂+8HCl=2LiCl+2CoCl₂+Cl₂↑+4H₂O，
故答案為：2LiCoO₂+8HCl=2LiCl+2CoCl₂+Cl₂↑+4H₂O；
（3）FeC₂O₄難溶于水，[Fe（C₂O₄）₃]^3-遇酸轉(zhuǎn)化為Fe³⁺，為避免沉淀Fe²⁺，需氧化亞鐵離子，H₂O₂具有氧化性，F(xiàn)e²⁺具有還原性，向?yàn)V液A中加入H₂O₂的作用是氧化Fe²⁺為Fe³⁺；發(fā)生的反應(yīng)為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：氧化Fe²⁺為Fe³⁺，避免下一步Fe²⁺形成FeC₂O₄沉淀；
（4）過濾Li₂CO₃時(shí)發(fā)現(xiàn)濾液中有少量渾濁，可能濾紙破損、濾液超過濾紙邊緣等，
故答案為：濾紙破損、濾液超過濾紙邊緣等．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)的分離和提純，側(cè)重考查工藝流程的分析，涉及沉淀的生成與物質(zhì)的性質(zhì)、基本實(shí)驗(yàn)操作等知識(shí)點(diǎn)，明確物質(zhì)性質(zhì)是解本題關(guān)鍵，知道每一步發(fā)生的反應(yīng)及分離方法，題目難度中等．