Question

实验室里，从废旧钴酸锂离子电池的正极材料(在铝箔上涂覆活性物质 LiCoO₂)中，回收钴、锂的操作流程如图所示：

回答下列问题。

(1)拆解废旧电池获取正极材料前，先将其浸入 NaCl 溶液中，使电池短路而放电，此时溶液温度升高，该过程中能量的主要转化方式为_____。

(2)“碱浸”过程中产生的气体是_____；“过滤”所得滤液用盐酸处理可得到氢氧化铝，反应的化学方程式为_________。

(3)“酸浸”时主要反应的离子方程式为_____；若硫酸、Na₂S₂O₃ 溶液用一定浓度的盐酸替代，也可以达到“酸浸”的目的，但会产生_________(填化学式)污染环境。

(4)“沉钴”时，调 pH 所用的试剂是_____；“沉钴”后溶液中 c(Co²⁺)=_____。(已知：Ksp[Co(OH)₂]=1.09×l0^-15)

(5)根据如图判断，“沉锂”中获得Li₂CO₃ 固体的操作主要包括_______、_______、洗涤、干燥等步骤。

Answer

化学能→电能→热能 H2 NaAlO2+HCl+H2O＝NaCl+Al(OH)3↓ 8LiCoO2+S2O32-+22H+＝8Li++8Co2++2SO42-+11H2O Cl2 NaOH 溶液或氢氧化钠固体 1.09×l0-6mol/L 蒸发浓缩 趁热过滤

【解析】

由流程可知，加碱浸泡，发生2Al+2OH-+2H2O＝2AlO2-+3H2↑，固体残渣为LiCoO2，加酸发生8LiCoO2+S2O32-+22H+＝8Li++8Co2++2SO42-+11H2O，调节pH沉钴生成Co(OH)2，最后调节pH＞12时加加入碳酸钠，发生的离子反应为2Li++CO32-＝Li2CO3↓，母液含硫酸钠，以此来解答。

（1）拆解废旧电池获取正极材料前，先将其浸入NaCl溶液中，使电池短路而放电，为原电池，此时溶液温度升高，可知放热，该过程中能量的主要转化方式为化学能→电能→热能；

（2）结合以上分析可知，“碱浸”过程中产生的气体是H2；“过滤”所得滤液用盐酸处理可得到氢氧化铝，反应的化学方程式为NaAlO2+HCl+H2O＝NaCl+Al(OH)3↓；

（3）根据流程可知，+3价的钴被还原为+2价，做氧化剂，而硫代硫酸根离子做还原剂，被氧化为硫酸根离子，所以“酸浸”时主要反应的离子方程式为8LiCoO2+S2O32-+22H+＝8Li++8Co2++2SO42-+11H2O；若硫酸、Na2S2O3溶液用一定浓度的盐酸替代，也可以达到“酸浸”的目的，但盐酸易被氧化为氯气，会发生2LiCoO2+8HCl＝2LiCl+2CoCl2+Cl2↑+4H2O反应，产生Cl2污染环境；

（4）由最终产物及加碱调节pH流程可知，“沉钴”时，既能达到目的，又不能引入杂质，调pH所用的试剂是NaOH，“沉钴”后溶液中c（Co2+）=mol/L=1.09×l0-6 mol/L；

（5）由图可知，温度高时碳酸锂的溶解度小，则“沉锂”中获得Li2CO3固体的操作主要包括蒸发浓缩、趁热过滤、洗涤、干燥等步骤。