Question

LiCoO₂（钴酸锂）是锂离子电池的正极材料。以某海水为原料制备钴酸锂的一种流程如下：

已知如下信息：①该海水中含浓度较大的LiCl，含少量MgCl₂、CaCl₂、MnCl₂等。

②碳酸锂的溶解度与温度关系如图所示。

③常温下，几种难溶物质的溶度积数据如下：

物质	Li2CO3	MgCO3	CaCO3	MnCO3	Mg(OH)2
Ksp	2.5×10^^2	6.8×10^^6	2.8×10^^9	2.3×10^^11	6.0×10^^10

请回答下列问题：

(1)LiCoO₂中钴的化合价为____________  ，滤渣1主要成分有MgCO₃、Mg(OH)₂、CaCO₃和____________________（填化学式）。

(2)调pH=5的目的是________________________。

(3) “沉锂”包括过滤、洗涤等，宜用_____________（填“热水”或“冷水”）洗涤Li₂CO₃。加入纯碱的量与锂回收率的关系如表所示：

序号	n(Na2CO3)/n(LiCl)	沉淀质量/g	碳酸锂含量/%	锂回收率/%
①	0.9∶1	10.09	92.36	77.67
②	1.0∶1	10.97	90.19	82.46
③	1.1∶1	11.45	89.37	85.27
④	1.2∶1	12.14	84.82	85.45

从生产成本考虑，宜选择_______________（填序号）方案投料。

(4) “除杂2”中调pH=13时c(Mg^2)=_______________mol·L^1。

(5) “合成”中采用高温条件，放出一种能使澄清石灰水变浑浊的气体。写出“合成”发生反应的化学方程式_____________________________________________。

Answer

＋3 MnCO3 除去过量的Na2CO3，避免蒸发浓缩时析出Li2CO3 热水 ③ 6.0×108 2Li2CO3＋4CoCO3＋O24LiCoO2＋6CO2

【解析】

海水(含浓度较大的 LiCl，含少量MgCl2、CaCl2、MnCl2等)中加入纯碱调pH=10，滤渣 1 主要成分有MgCO3、Mg(OH)2、CaCO3和MnCO3，滤液含Li2CO3，加盐酸调pH=5，蒸发浓缩，除去NaCl，再除去Mg(OH)2，加入纯碱生成Li2CO3，通入CO2，生成LiHCO3溶液，最后生成碳酸锂，加入碳酸钴，高温可生成LiCoO2，以此解答该题。

（1）钴酸锂( LiCoO2)中Li元素化合价为+1价，O元素化合价为-2价，该化学式中各元素的化合价的代数和为0，Co元素化合价=2×2-1=+3，由表中溶度积知，碳酸锰难溶于水，因此滤渣1中主要有MgCO3、Mg(OH)2、CaCO3和MnCO3；答案为+3，MnCO3。

（2）加入盐酸除去过量的碳酸钠，否则碳酸锂会在浓缩时析出，损失锂元素；答案为：除去过量的Na2CO3，避免蒸发浓缩时析出Li2CO3。

（3）碳酸锂在水中的溶解度，随温度升高，碳酸锂溶解度减小，“沉锂“时的温度应选高温，用热水洗涤，减少沉淀损失；从投料比看出，序号③的比例中，投入碳酸钠量较小，锂回收率较高，可降低生产成本；答案为热水，③。

（4）pH=13 时，c(OH-)=0.1mol/L，由溶度积可知，“除镁”是将溶液中Mg2+转化为Mg(OH)2沉淀，根据溶度积计算，c(Mg2+)== =6.0×10-8mol/L；答案为6.0×10-8。

（5）将Li2CO3与CoCO3混合，再在空气中灼烧可得LiCoO2，Co元素化合物由+2价升高到+3价，发生氧化反应，必有氧气参加反应，反应还生成二氧化碳，反应化学方程式为：2Li2CO3+4CoCO3+O24LiCoO2+6CO2；答案为：2Li2CO3+4CoCO3+O24LiCoO2+6CO2。