Question

镍钴锰酸锂电池是一种高功率动力电池。采用废旧锂离子电池回收工艺制备镍钴锰酸锂三元正极材料(铝电极表面涂有LiNi_1－x－yCo_xMn_yO₂)的工艺流程如图所示：

回答下列问题

（1）废旧锂离子电池拆解前进行“放电处理”有利于锂在正极的回收，其原因是_______。

（2）能够提高“碱浸”效率的方法有______(至少写两种)。

（3）“碱浸”过程中，铝溶解的离子方程式为_____。

（4）实验室模拟“碱浸”后过滤的操作，需用到的玻璃仪器有_____；过滤后需洗涤，简述洗涤的操作过程：_____。

（5）LiCoO₂参与“还原”反应的离子方程式为_______。

（6）溶液温度和浸渍时间对钴的浸出率影响如图所示：

则浸出过程的最佳条件是______。

（7）已知溶液中Co²⁺的浓度为1.0mol·L^－1，缓慢通入氨气，使其产生Co(OH)₂沉淀，则Co²⁺沉淀完全时溶液的最小pH为______(已知：离子沉淀完全时c(Co²⁺)≤1.0×10^－5mol·L^－1，K_sp[Co(OH)₂]=4.0×10^－15，1g2=0.3，溶液体积变化忽略不计)。

（8）写出“高温烧结固相合成”过程的化学方程式：_______。

Answer

放电有利于Li+向正极移动并进入正极材料 粉碎、适当增大NaOH的浓度、适当升高温度等 2Al+2H2O+2OH-=2AlO2-+3H2↑ 漏斗、烧杯、玻璃棒 沿玻璃棒向过滤器中加水至浸没沉淀，待水滤出后重复操作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）“放电处理”有利于锂在正极的回收，Li+从负极中脱出，经由电解质向正极移动；

（2）提高浸出率的方法有粉碎、适当增大NaOH的浓度、适当升高温度等；

（3）“碱浸”过程中，铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和氢气；

（4）过滤需用到的玻璃仪器有漏斗、烧杯、玻璃棒；洗涤沉淀的操作为：沿玻璃棒向过滤器中加水至浸没沉淀，待水滤出后重复操作2~3次；

（5）LiCoO2中Li元素为+1价，O元素为-2价，故Co元素化合价为+3价，LiCoO2为难溶物，H2SO4为电解质，H2O2还原LiCoO2中+3价Co元素，由此写出反应的离子方程式；

（6）由图可知，在75℃，30 min条件下钴的浸出率最高；

（7）根据溶度积常数及水的离子积，逐步推理得出答案；

（8）Ni2+、Co2+、Mn2+与NH3H2O反应生成Ni(OH)2、Co(OH)2、Mn(OH)2与Li2CO3，并高温烧结固相合成，根据原子守恒可得到化学方程式。

（1）放电时，负极上生成锂离子，锂离子向正极移动并进入正极材料中，所以“放电处理”有利于锂在正极的回收，

故答案为放电有利于Li+向正极移动并进入正极材料；

（2）提高浸出率的方法有粉碎、适当增大NaOH的浓度、适当升高温度等，

故答案为粉碎、适当增大NaOH的浓度、适当升高温度等；

（3）“碱浸”过程中，铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和氢气，离子方程式为2Al+2H2O+2OH-=2AlO2-+3H2↑，

故答案为2Al+2H2O+2OH-=2AlO2-+3H2↑；

（4）过滤需用到的玻璃仪器有漏斗、烧杯、玻璃棒；洗涤沉淀在过滤器中进行，其操作为：沿玻璃棒向过滤器中加水至浸没沉淀，待水滤出后重复操作2~3次；

故答案为漏斗、烧杯、玻璃棒；沿玻璃棒向过滤器中加水至浸没沉淀，待水滤出后重复操作2~3次；

（5）LiCoO2中Li元素为+1价，O元素为-2价，故Co元素化合价为+3价，LiCoO2为难溶物，H2SO4为电解质，H2O2还原LiCoO2中+3价Co元素，反应的离子方程式为2LiCoO2+6H++H2O2=2Li++2Co2++4H2O+O2↑，

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

（6）由图可知，在75℃，30 min条件下钴的浸出率最高，

故答案为75℃，30 min；

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

故答案为9.3；

（8）Ni2+、Co2+、Mn2+与NH3H2O反应生成Ni(OH)2、Co(OH)2、Mn(OH)2与Li2CO3，并高温烧结固相合成，根据原子守恒可得到化学方程式为(4-4x-4y)Ni(OH)2+4xCo(OH)2+4yMn(OH)2+2Li2CO3+O24LiNi1-x-yCoxMnyO2+2CO2+4H2O，

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