Question

2020年我国废旧锂离子电池的产生将达到爆发期，某高校实验室利用废旧钴酸锂正极片进行钴酸锂的再生工艺设计如下，请回答下列问题：

(1)拆解废旧电池前需要进行放电，以避免在拆解过程中因局部短路起火，放电方式为电化学放电，可以将废旧电池浸泡在_____________中进行放电。

A．酒精         B．98%H₂SO₄C．Na₂SO₄溶液

(2)预处理时，钴酸锂(Li_0.5CoO₂)高温下分解得到LiCoO₂、Co₃O₄和一种气体，该反应的化学方程式为_________________。

(3)已知难溶物CoC₂O₄的K_sp=4.0×10^-6，一般认为离子浓度达到10^-5mol/L时即完全除尽。沉钴过程中，当Co²⁺完全沉淀时，溶液中的浓度至少为_________mol/L。

(4)沉钴过程中，草酸盐体系中钴离子形态分布如图，在不同pH范围钴离子形态不同的原因___________________。

(5)在空气氛围下CoC₂O₄∙2H₂O氧化分解制备Co₃O₄的失重曲线如图所示，已知失重率大约为19.7%；失重率大约为36.3%；失重率大约为3.0%。请写出发生的化学反应方程式______________________。

(6)已知生成草酸钴的过程为吸热过程。在，沉淀时间，考察温度对Co²⁺沉淀率的影响，结果如图所示，沉淀率呈先增大后减小的趋势的原因可能____________。

Answer

C 6Li0.5CoO23LiCoO2+Co3O4+O2↑ 0.4 低pH范围时，水解为H2C2O4和；随着pH增高，水解程度降低 3CoC2O4+2O2Co3O4+6CO2 温度的提高有利于增加Co2+与的有效碰撞(或沉淀速率)，同时由于草酸钴的沉淀反应是吸热反应，温度升高有利于沉淀反应正移；由于草酸钻的溶解度在较高温度下可能会増大，因此过高温度反而在一定程度上降低Co2+的沉淀率

【解析】

废旧钴酸锂(Li0.5CoO2)电池预处理时，Li0.5CoO2高温分解得到LiCoO2、Co3O4和O2；加入葡萄糖和盐酸进行还原辅助酸浸，钴元素转化为CoCl2；加入(NH4)2C2O4溶液沉钴，Co2+转化为CoC2O4沉淀；在空气中氧化煅烧，CoC2O4转化为Co3O4；再用Li2CO3处理，即转化为Li0.5CoO2。

(1)废旧电池电化学放电，需发生原电池反应，所以可以将废旧电池浸泡在电解质溶液中进行放电，酒精和98%H2SO4都不能导电，只有Na2SO4溶液能导电，故选C。答案为：C；

(2)预处理时，钴酸锂(Li0.5CoO2)高温下分解得到LiCoO2、Co3O4和一种气体，由于Co元素化合价降低，则气体为O2，该反应的化学方程式为6Li0.5CoO23LiCoO2+Co3O4+O2↑。答案为：6Li0.5CoO23LiCoO2+Co3O4+O2↑；

(3)沉钴过程中，当Co2+完全沉淀时，c(Co2+)≤10-5mol/L，c()=mol/L≥0.4 mol/L，所以溶液中的浓度至少为0.4mol/L。答案为：0.4；

(4)沉钴过程中，草酸盐体系中钴离子形态分布如图，pH较小时，主要生成钴的草酸氢盐，因为酸性较强溶液中，草酸根水解转化为草酸氢根或草酸，所以在不同pH范围钴离子形态不同的原因为：低pH范围时，水解为H2C2O4和；随着pH增高，水解程度降低。答案为：低pH范围时，水解为H2C2O4和；随着pH增高，水解程度降低；

(5)设加热前，CoC2O4∙2H2O的质量为183g，即CoC2O4∙2H2O为1mol，则失重率大约为19.7%时，剩余固体质量为183g×(1-19.7%)=147g；失重率大约为36.3%，剩余固体质量为183g×(1-19.7%-36.3%)=80.5g；失重率大约为3.0%，剩余固体质量为183g×(1-19.7%-36.3%-3.0%)=75g。则时，失重183g-147g=36g，=2mol，则此时刚好失去全部结晶水，所得固体为CoC2O4；时，依据流程图中提供的信息，产物为Co3O4(也可从=241.5g/mol得到证实)；时，M(产物)==75g/mol，则其为CoO。因此时，CoC2O4转化Co3O4，此时应有O2参与反应，且产物中还有碳的氧化物CO2，发生的化学反应方程式3CoC2O4+2O2Co3O4+6CO2。答案为：3CoC2O4+2O2Co3O4+6CO2；

(6)因为生成草酸钴的过程为吸热过程，所以升高温度平衡正向移动，Co2+沉淀率增大，后来沉淀率下降，应由溶解度的增大引起。所以沉淀率呈先增大后减小的趋势的原因可能为：温度的提高有利于增加Co2+与的有效碰撞(或沉淀速率)，同时由于草酸钴的沉淀反应是吸热反应，温度升高有利于沉淀反应正移；由于草酸钻的溶解度在较高温度下可能会増大，因此过高温度反而在一定程度上降低Co2+的沉淀率。答案为：温度的提高有利于增加Co2+与的有效碰撞(或沉淀速率)，同时由于草酸钴的沉淀反应是吸热反应，温度升高有利于沉淀反应正移；由于草酸钻的溶解度在较高温度下可能会増大，因此过高温度反而在一定程度上降低Co2+的沉淀率。