Question

鈷是國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防建設(shè)不可缺少的重要原料之一，從鋰離子二次電池正極（LiCo0₂）廢料--鋁鈷膜中回收鈷的工藝如圖所示：

回答下列問題：
（1）寫出工業(yè)上用Al₂O₃制取鋁的化學(xué)方程式

 

（2）工藝圖中加入氫氧化鈉凈化的目的是

 

（3）為使鈷浸出．需將LiCo0₂的結(jié)構(gòu)破壞，選擇在硫酸和雙氧水體系中進(jìn)行浸出，請寫出浸出的化學(xué)方程式

 

（4）鋰可由電解制得，以石墨為陽極，低碳鋼為陰極，電解液為熔融的LiCI和KCI的混合液，電解槽壓為6.0-6.5V，這樣可得到純度為99%的鋰．
①在電解液中加人KCl的原因

 

②陰極產(chǎn)物與鎂的性質(zhì)相似，在常溫下與氮?dú)夥磻?yīng)，請寫出其與氮?dú)夥磻?yīng)的生成物與水的反應(yīng)方程式

 

．
③已知陰極產(chǎn)物在500℃與氫氣能反應(yīng)生成氫化物，請寫出該氫化物的電子式

 

（5）已知鈷與鐵的性質(zhì)相似，請寫出四氧化三鈷與氫碘酸反應(yīng)的離子方程式

 

．

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：鋁鈷膜廢料的成分為LiCo0₂和鋁箔，將廢料先用堿液浸泡，將Al充分溶解，過濾后得到的濾液為含有偏鋁酸鈉，濾渣為LiCo0₂；通過調(diào)節(jié)濾液的pH，將偏鋁酸鈉轉(zhuǎn)化成氫氧化鋁沉淀，通過加熱得到氧化鋁，再通過電解熔融氧化鋁獲得金屬Al；將濾渣用雙氧水、硫酸處理后生成Li₂SO₄、CoSO₄，溶液中含有雜質(zhì)鋁離子，然后加入氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)溶液pH，生成氫氧化鋁沉淀從而除去鋁離子，最后對濾液用草酸銨洗滌處理，經(jīng)過一系列處理得到碳酸鋰和金屬Co，
（1）工業(yè)上通過電解熔融氧化鋁的方法獲得金屬鋁，據(jù)此寫出化學(xué)方程式；
（2）用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)溶液的pH在5.0左右，可以將鋁離子轉(zhuǎn)化成氫氧化鋁沉淀而除去；
（3）根據(jù)所加入的反應(yīng)物以及生成物結(jié)合質(zhì)量守恒定律來書寫化學(xué)方程式；
（4）①電解熔融氯化鋰獲得鋰時，加入氯化鉀可以增強(qiáng)電解液的導(dǎo)電性；
②電解熔融氯化鋰過程中，陰極得到的是金屬鋰，鋰與氮?dú)夥磻?yīng)生成氮化鋰，氮化鋰與水反應(yīng)生成氨氣和氫氧化鋰；
③鋰與氫氣反應(yīng)生成離子化合物氫化鋰，根據(jù)電子式的書寫方法解答；
（5）鈷與鐵的性質(zhì)相似，四氧化三鈷與四氧化三鐵性質(zhì)相似，類比四氧化三鐵與氫碘酸的反應(yīng)寫出四氧化三鈷與氫碘酸反應(yīng)的離子方程式．

解答： 解：鋁鈷膜廢料的成分為LiCo0₂和鋁箔，將廢料先用堿液浸泡，將Al充分溶解，過濾后得到的濾液為含有偏鋁酸鈉，濾渣為LiCo0₂；通過調(diào)節(jié)濾液的pH，將偏鋁酸鈉轉(zhuǎn)化成氫氧化鋁沉淀，通過加熱得到氧化鋁，再通過電解熔融氧化鋁獲得金屬Al；將濾渣用雙氧水、硫酸處理后生成Li₂SO₄、CoSO₄，溶液中含有雜質(zhì)鋁離子，然后加入氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)溶液pH，生成氫氧化鋁沉淀從而除去鋁離子，最后對濾液用草酸銨洗滌處理，經(jīng)過一系列處理得到碳酸鋰和金屬Co，
（1）電解熔融氧化鋁可以獲得金屬鋁和氧氣，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2Al₂O₃

電解  .

4Al+3O₂↑，
故答案為：2Al₂O₃

電解  .

4Al+3O₂↑；
（2）濾渣用硫酸和雙氧水處理后Co元素全部留在濾液中，且濾液中含有雜質(zhì)鋁離子，用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH，可以將雜質(zhì)鋁離子除掉，
故答案為：除去雜質(zhì)離子（Al³⁺）；
（3）酸浸時反應(yīng)物有硫酸、過氧化氫以及LiCoO₂，生成物有Li₂SO₄和CoSO₄，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2LiCoO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Li₂SO₄+2CoSO₄+O₂↑+4H₂O，
故答案為：2LiCoO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Li₂SO₄+2CoSO₄+O₂↑+4H₂O；
（4）①電解液中加入氯化鉀后，可以大大提高電解液的導(dǎo)電性，增強(qiáng)電解效果，
故答案為：增強(qiáng)電解液的導(dǎo)電性；
②電解熔融LiCl過程中，陰極得到的是金屬Li，鋰與氮?dú)夥磻?yīng)生成Li₃N，氮化鋰與水反應(yīng)會生成氨氣和氫氧化鋰，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Li₃N+3H₂O=NH₃↑+3LiOH，
故答案為：Li₃N+3H₂O=NH₃↑+3LiOH；  
③電解熔融LiCl過程中，陰極得到的是金屬Li，鋰與氫氣在一定條件下反應(yīng)生成氫化鋰，氫化鋰為離子化合物，其電子式為：Li⁺[：H]^-，
故答案為：Li⁺[：H]^-；
（5）已知鈷與鐵的性質(zhì)相似，則四氧化三鈷與四氧化三鐵的化學(xué)性質(zhì)相似，四氧化三鐵與碘化氫反應(yīng)的離子方程式為：2I^-+Fe₃O₄+8H⁺=3Fe²⁺+4H₂O+I₂，則四氧化三鈷與氫碘酸反應(yīng)的離子方程式：Co₃O₄+8H⁺+2I^-=3Co²⁺+I₂+4H₂O，
故答案為：Co₃O₄+8H⁺+2I^-=3Co²⁺+I₂+4H₂O．

點(diǎn)評：本題為生產(chǎn)流程題，涉及金屬的回收、環(huán)境保護(hù)、氧化還原反應(yīng)、物質(zhì)的分離提純和除雜等問題，題目較為綜合，做題時注意仔細(xì)審題，從題目中獲取關(guān)鍵信息．本題難度中等．