Question

【題目】鎳鈷錳酸鋰電池是一種高功率動力電池。采用廢舊鋰離子電池回收工藝制備鎳鈷錳酸鋰三元正極材料(鋁電極表面涂有LiNi1－x－yCoxMnyO2)的工藝流程如圖所示：

回答下列問題

（1）廢舊鋰離子電池拆解前進行“放電處理”有利于鋰在正極的回收，其原因是_______。

（2）能夠提高“堿浸”效率的方法有______(至少寫兩種)。

（3）“堿浸”過程中，鋁溶解的離子方程式為_____。

（4）實驗室模擬“堿浸”后過濾的操作，需用到的玻璃儀器有_____；過濾后需洗滌，簡述洗滌的操作過程：_____。

（5）LiCoO2參與“還原”反應的離子方程式為_______。

（6）溶液溫度和浸漬時間對鈷的浸出率影響如圖所示：

則浸出過程的最佳條件是______。

（7）已知溶液中Co2+的濃度為1.0mol·L－1，緩慢通入氨氣，使其產生Co(OH)2沉淀，則Co2+沉淀完全時溶液的最小pH為______(已知：離子沉淀完全時c(Co2+)≤1.0×10－5mol·L－1，Ksp[Co(OH)2]=4.0×10－15，1g2=0.3，溶液體積變化忽略不計)。

（8）寫出“高溫燒結固相合成”過程的化學方程式：_______。

Answer 1

【答案】放電有利于Li+向正極移動并進入正極材料 粉碎、適當增大NaOH的濃度、適當升高溫度等 2Al+2H2O+2OH-=2AlO2-+3H2↑ 漏斗、燒杯、玻璃棒 沿玻璃棒向過濾器中加水至浸沒沉淀，待水濾出后重復操作2~3次 2LiCoO2+6H++H2O2=2Li++2Co2++4H2O+O2↑ 75℃，30 min 9.3 (4-4x-4y)Ni(OH)2+4xCo(OH)2+4yMn(OH)2+2Li2CO3+O24LiNi1-x-yCoxMnyO2+2CO2+4H2O

【解析】

（1）“放電處理”有利于鋰在正極的回收，Li+從負極中脫出，經由電解質向正極移動；

（2）提高浸出率的方法有粉碎、適當增大NaOH的濃度、適當升高溫度等；

（3）“堿浸”過程中，鋁與氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉和氫氣；

（4）過濾需用到的玻璃儀器有漏斗、燒杯、玻璃棒；洗滌沉淀的操作為：沿玻璃棒向過濾器中加水至浸沒沉淀，待水濾出后重復操作2~3次；

（5）LiCoO2中Li元素為+1價，O元素為-2價，故Co元素化合價為+3價，LiCoO2為難溶物，H2SO4為電解質，H2O2還原LiCoO2中+3價Co元素，由此寫出反應的離子方程式；

（6）由圖可知，在75℃，30 min條件下鈷的浸出率最高；

（7）根據溶度積常數及水的離子積，逐步推理得出答案；

（8）Ni2+、Co2+、Mn2+與NH3H2O反應生成Ni(OH)2、Co(OH)2、Mn(OH)2與Li2CO3，并高溫燒結固相合成，根據原子守恒可得到化學方程式。

（1）放電時，負極上生成鋰離子，鋰離子向正極移動并進入正極材料中，所以“放電處理”有利于鋰在正極的回收，

故答案為：放電有利于Li+向正極移動并進入正極材料；

（2）提高浸出率的方法有粉碎、適當增大NaOH的濃度、適當升高溫度等，

故答案為：粉碎、適當增大NaOH的濃度、適當升高溫度等；

（3）“堿浸”過程中，鋁與氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉和氫氣，離子方程式為2Al+2H2O+2OH-=2AlO2-+3H2↑，

故答案為：2Al+2H2O+2OH-=2AlO2-+3H2↑；

（4）過濾需用到的玻璃儀器有漏斗、燒杯、玻璃棒；洗滌沉淀在過濾器中進行，其操作為：沿玻璃棒向過濾器中加水至浸沒沉淀，待水濾出后重復操作2~3次；

故答案為：漏斗、燒杯、玻璃棒；沿玻璃棒向過濾器中加水至浸沒沉淀，待水濾出后重復操作2~3次；

（5）LiCoO2中Li元素為+1價，O元素為-2價，故Co元素化合價為+3價，LiCoO2為難溶物，H2SO4為電解質，H2O2還原LiCoO2中+3價Co元素，反應的離子方程式為2LiCoO2+6H++H2O2=2Li++2Co2++4H2O+O2↑，

故答案為：2LiCoO2+6H++H2O2=2Li++2Co2++4H2O+O2↑；

（6）由圖可知，在75℃，30 min條件下鈷的浸出率最高，

故答案為：75℃，30 min；

（7）Ksp[Co(OH)2]=4.0×10－15，沉淀完全時c(OH-)===2×10-5mol/L，c(H+)===5×10-10mol/L，pH=-lgc(H+)=-lg5×10-10=9.3，

故答案為：9.3；

（8）Ni2+、Co2+、Mn2+與NHspan>3H2O反應生成Ni(OH)2、Co(OH)2、Mn(OH)2與Li2CO3，并高溫燒結固相合成，根據原子守恒可得到化學方程式為(4-4x-4y)Ni(OH)2+4xCo(OH)2+4yMn(OH)2+2Li2CO3+O24LiNi1-x-yCoxMnyO2+2CO2+4H2O，

故答案為：(4-4x-4y)Ni(OH)2+4xCo(OH)2+4yMn(OH)2+2Li2CO3+O24LiNi1-x-yCoxMnyO2+2CO2+4H2O。