Question

【題目】利用廢舊鋰離子電池的正極材料，主要成分為 LiCoO2(難溶于水)還含有 Al以及少量 Ca、Mg、Cu、Fe 等。制備 Co3O4 微球的工藝流程如下：

回答下列問題：

(1)LiCoO2 中 Co 元素的化合價為______。

(2)配平步驟①中生成 Co2+的離子方程式為_____LiCoO2 +____H++_____H2 O2 =_____Co2++_____O2 +_____Li++_____H 2O此過程中若用濃鹽酸代替 H2SO4 和 H2O2的混合溶液，除因揮發使其利用率降低外，還有的缺點是_____。

(3)步驟②中，不同 pH 下溶液中金屬離子的去除效果如下圖所示。該過程加入NaOH調節溶液 pH 的最佳范圍是______，理由是______。

(4)步驟④中，過濾、洗滌操作均需用到的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒、_____。

(5)步驟⑤中，Co(OH)2 在空氣中高溫焙燒生成 Co3O4 的化學方程式為______。

Answer 1

【答案】+3 2 6 1 2 6 2 4 鹽酸(或Cl-)可被LiCoO2氧化產生Cl2污染環境 5.5～6.0 在pH為5.5～6.0的范圍內，Fe3+、Al3+、Cu2+雜質離子的去除率很高，而Co2+去除率很低，損失率較小 漏斗 6Co(OH)2+O22Co3O4+ 6H2O

【解析】

由流程圖可知，步驟①在正極材料中加入硫酸和過氧化氫溶液，將LiCoO2生成Co2+；步驟②中，加入硫化鈉和氟化鈉除去溶液中的Cu2+、Mg2+、Ca2+離子,加入NaOH調節溶液pH到5.5～6.0，除去溶液中的Fe3+、Al3+、Cu2+離子；步驟③中，加入草酸銨、氨水和無水乙醇，使Co2+離子轉化為Co（OH）2沉淀；步驟④中，過濾、洗滌、干燥得到Co（OH）2；步驟⑤中，Co(OH)2 在空氣中高溫焙燒生成 Co3O4。

（1）由化合價代數和為零可知，LiCoO2 中Co元素的化合價為+3，故答案為：+3；

（2）步驟①在正極材料中加入硫酸和過氧化氫溶液，過氧化氫做還原劑將LiCoO2生成Co2+，本身被氧化生成氧氣，由升降法配平可得離子方程式：2LiCoO2 +6H++H2O2=2Co2++ O2+2Li++4H2O；此過程中若用濃鹽酸代替H2SO4和H2O2的混合溶液，除因揮發使其利用率降低外，還有的缺點是鹽酸（或Cl-）可被LiCoO2氧化產生Cl2污染環境，故答案為：2；6；1；2；6；2；4；鹽酸(或Cl-)可被LiCoO2氧化產生Cl2污染環境；

（3）由圖可知，步驟②中，加入NaOH調節溶液pH的最佳范圍是pH=5.5～6.0，在此范圍內，Fe3+、Al3+、Cu2+雜質離子幾乎被沉淀完全，而Co2+損失率較小，故答案為：在pH為5.5～6.0的范圍內，Fe3+、Al3+、Cu2+雜質離子的去除率很高，而Co2+去除率很低，損失率較小；

（4）步驟④中，過濾、洗滌操作均需用到的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒、和漏斗，故答案為：漏斗；

（5）步驟⑤中，Co(OH)2在空氣中高溫焙燒生成Co3O4，Co元素由+2價被氧化到+3價，故需氧氣的參與，反應的化學方程式為：6Co(OH)2+O22Co3O4+ 6H2O，故答案為：6Co(OH)2+O22Co3O4+ 6H2O。