Question

鋰離子電池的應(yīng)用廣泛，其正極材料可再生利用．某鋰離子電池正極材料有鈷酸鋰（LiCoO₂）和鋁箔等．現(xiàn)欲利用以下步驟回收正極材料中的某些金屬資源．
①電池經(jīng)過(guò)放電處理后拆解，將正極材料用NaOH溶液浸泡，過(guò)濾；
②向①所得濾液中通入過(guò)量CO₂氣體得到白色沉淀；
③向①所得的濾渣中加入稀硫酸和H₂O₂，在80℃時(shí)加熱一段時(shí)間，發(fā)生反應(yīng)2LiCoO₂+3H₂SO₄+H₂O₂=Li₂SO₄+2CoSO₄+O₂↑+4H₂O；
④將③所得的液體調(diào)整pH后過(guò)濾，濾液中存在CoSO₄和Li₂SO₄；
⑤向④所得濾液中加入有機(jī)溶劑，溶液分層．經(jīng)檢測(cè)水溶液中CoSO₄含量大大減�。�
（1）寫(xiě)出步驟①中反應(yīng)方程式

 

；
（2）寫(xiě)出步驟②中得到的白色沉淀是

 

；
（3）步驟③發(fā)生的反應(yīng)中氧化劑是

 

，氧化產(chǎn)物是

 

；
（4）步驟③中的稀硫酸可用鹽酸代替，但缺點(diǎn)是

 

；
（5）步驟③加熱時(shí)除發(fā)生上述反應(yīng)，還發(fā)生的反應(yīng)是

 

；
（6）由以上步驟可知，CoSO₄和Li₂SO₄中易溶于有機(jī)溶劑的是

 

，第⑤步操作名稱為

 

．

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(zhuān)題：電化學(xué)專(zhuān)題

分析：①電池經(jīng)過(guò)放電處理后拆解，將正極材料用NaOH溶液浸泡，過(guò)濾，正極材料中Al和NaOH溶液反應(yīng)，方程式為2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑然后過(guò)濾，濾液中含有NaAlO₂和NaOH、濾渣中含有LiCoO₂；
②向①所得濾液中通入過(guò)量CO₂氣體得到白色沉淀，偏鋁酸鈉和二氧化碳反應(yīng)生成碳酸氫鈉、氫氧化鋁，反應(yīng)方程式為NaAlO₂+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+NaHCO₃；
③向①所得的濾渣中加入稀硫酸和H₂O₂，在80℃時(shí)加熱一段時(shí)間，發(fā)生反應(yīng)2LiCoO₂ +3H₂SO₄+H₂O₂=Li₂SO₄+2CoSO₄+O₂↑+4H₂O，該反應(yīng)中Co元素化合價(jià)由+3價(jià)變?yōu)?2價(jià)、O元素化合價(jià)由-1價(jià)變?yōu)?價(jià)，得電子化合價(jià)降低的反應(yīng)物是氧化劑，失電子化合價(jià)升高的反應(yīng)物是還原劑，還原劑對(duì)應(yīng)的產(chǎn)物是氧化產(chǎn)物，該混合物中還存在雙氧水的分解反應(yīng)；如果將稀硫酸換為稀鹽酸，鹽酸具有還原性，能被LiCoO₂ 氧化生成氯氣；
④將③所得的液體調(diào)整pH后過(guò)濾，濾液中存在CuSO₄和LiSO₄；
⑤向④所得濾液中加入有機(jī)溶劑，溶液分層．經(jīng)檢測(cè)水溶液中CoSO₄含量大大減小，說(shuō)明CoSO₄在有機(jī)溶劑中的溶解度大于在水中的溶解度．

解答： 解：①電池經(jīng)過(guò)放電處理后拆解，將正極材料用NaOH溶液浸泡，過(guò)濾，正極材料中Al和NaOH溶液反應(yīng)，方程式為2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，然后過(guò)濾，濾液中含有NaAlO₂和NaOH、濾渣中含有LiCoO₂；
②向①所得濾液中通入過(guò)量CO₂氣體得到白色沉淀，偏鋁酸鈉和二氧化碳反應(yīng)生成碳酸氫鈉、氫氧化鋁，反應(yīng)方程式為NaAlO₂+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+NaHCO₃；
③向①所得的濾渣中加入稀硫酸和H₂O₂，在80℃時(shí)加熱一段時(shí)間，發(fā)生反應(yīng)2LiCoO₂ +3H₂SO₄+H₂O₂=Li₂SO₄+2CoSO₄+O₂↑+4H₂O，該反應(yīng)中Co元素化合價(jià)由+3價(jià)變?yōu)?2價(jià)、O元素化合價(jià)由-1價(jià)變?yōu)?價(jià)，得電子化合價(jià)降低的反應(yīng)物是氧化劑，失電子化合價(jià)升高的反應(yīng)物是還原劑，還原劑對(duì)應(yīng)的產(chǎn)物是氧化產(chǎn)物，該混合物中還存在雙氧水的分解反應(yīng)；如果將稀硫酸換為稀鹽酸，鹽酸具有還原性，能被LiCoO₂ 氧化生成氯氣；
④將③所得的液體調(diào)整pH后過(guò)濾，濾液中存在CuSO₄和LiSO₄；
⑤向④所得濾液中加入有機(jī)溶劑，溶液分層．經(jīng)檢測(cè)水溶液中CoSO₄含量大大減小，說(shuō)明CoSO₄在有機(jī)溶劑中的溶解度大于在水中的溶解度．
（1）通過(guò)以上分析知，步驟①中反應(yīng)方程式2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，故答案為：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑；
（2）通過(guò)以上分析知，步驟②中得到的白色沉淀是Al（OH）₃，故答案為：Al（OH）₃；
（3）步驟③發(fā)生的反應(yīng)為2LiCoO₂ +3H₂SO₄+H₂O₂=Li₂SO₄+2CoSO₄+O₂↑+4H₂O，該反應(yīng)中Co元素化合價(jià)由+3價(jià)變?yōu)?2價(jià)、O元素化合價(jià)由-1價(jià)變?yōu)?價(jià)，所以氧化劑是LiCoO₂，氧化產(chǎn)物是O₂，
故答案為：LiCoO₂；O₂；
（4）步驟③中的稀硫酸可用鹽酸代替，但缺點(diǎn)是鹽酸具有還原性，能被LiCoO₂ 氧化生成氯氣，氯氣有毒污染空氣，故答案為：氯氣有毒污染空氣；
（5）步驟③加熱時(shí)除發(fā)生上述反應(yīng)，還發(fā)生的反應(yīng)是2H₂O₂

△   .

2H₂O+O₂↑，故答案為：2H₂O₂

△   .

2H₂O+O₂↑；
（6）通過(guò)以上分析知，CoSO₄和Li₂SO₄中易溶于有機(jī)溶劑的是CoSO₄，第⑤步操作名稱為萃取，
故答案為：CoSO₄；萃�。�

點(diǎn)評(píng)：本題考查物質(zhì)的分離和提純，側(cè)重考查分析、推斷、實(shí)驗(yàn)操作能力，明確實(shí)驗(yàn)原理是解本題關(guān)鍵，知道元素化合物性質(zhì)，知道每一步的目的及發(fā)生的反應(yīng)、分離方法，題目難度中等．