Question

廢舊鋰離子電池的回收利用意義重大，其正極廢料的主要成分是LiCoO₂，鋁、炭黑及其他雜質(zhì)，回收利用的流程如圖1：
已知A溶液主要的金屬離子是Co²⁺、Li⁺，還含有少量Fe³⁺、Al³⁺、Cu²⁺．
（1）步驟①中鋁溶解的離子方程式為

 

，固體X的成分是

 

；
（2）步驟②中LiCoO₂固體溶解的化學方程式為

 

，該反應的還原劑是

 

；
（3）實驗表明溶液A中各種金屬離子的沉淀率隨pH的變化如圖2，除雜時加入氨水調(diào)節(jié)溶液的pH，可除去雜質(zhì)離子是

 

；
（4）母液中含有最大三種離子是

 

；
（5）從1000g鋰離子電池正極材料（Li元素含量為5%）中可回收Li₂CO₃質(zhì)量為

 

g．（已知回收率為84%，Li₂CO₃的化學式量為74．

Answer 1

考點：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應用

專題：

分析：正極廢料中含有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，在浸出液中加入稀硫酸生成氫氧化鋁，灼燒、電解可得到鋁，濾渣為LiCo0₂，將濾渣用雙氧水、硫酸處理后生成Li₂SO₄、CoSO₄，反應的離子方程式為：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濾，最后得到碳酸鋰固體，以此解答該題．

解答： 解：（1）鋁能與堿反應生成AlO₂^-，反應的離子方程式為2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，加入稀硫酸，可生成Al（OH）₃沉淀，
故答案為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；Al（OH）₃；
（2）酸浸時反應物有硫酸、過氧化氫以及LiCoO₂，生成物有Li₂SO₄和CoSO₄，反應方程式為：2LiCoO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Li₂SO₄+2CoSO₄+O₂↑+4H₂O，反應中Co元素化合價降低，O元素化合價升高，H₂O₂為還原劑，
故答案為：2LiCoO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Li₂SO₄+2CoSO₄+O₂↑+4H₂O；H₂O₂；
（3）由圖2可知，當調(diào)節(jié)pH＜5.0時，Co²⁺不生成沉淀，而Fe³⁺、Al³⁺易生成沉淀而除去，可除去雜質(zhì)離子是Fe³⁺、Al³⁺，故答案為：Fe³⁺、Al³⁺；
（4）由流程可知，經(jīng)分離、提純后，母液中含有Li⁺、NH₄⁺、SO₄^2-等離子，故答案為：Li⁺、NH₄⁺、SO₄^2-；
（5）1000g鋰離子電池正極材料中Li的質(zhì)量為1000g×5%=50g，回收的質(zhì)量為50g×84%=42g，n（Li）=

42g

7g/mol

=6mol，則n（Li₂CO₃）=3mol，m（Li₂CO₃）=3mol×74=222g，
故答案為：222g．

點評：本題為生產(chǎn)流程題，為高頻考點，側(cè)重于學生的分析能力的考查，題目涉及金屬的回收、環(huán)境保護、氧化還原反應、物質(zhì)的分離提純和除雜等問題，題目較為綜合，做題時注意仔細審題，從題目中獲取關鍵信息，難度中等．