Question

钴酸锂(LiCoO₂)可用作锂离子电池的电极材料。以红土镍矿为原料制备LiCoO₂的工艺流程如图：

已知：①红土镍矿的主要成分有Fe₂O₃、FeO、SiO₂、Al₂O₃、CoO、NiO等。

②20℃时，生成氢氧化物沉淀的pH

离子	Fe^2+	Fe^3+	Al^3+	Ni^2+	Co^2+
开始沉淀	7.0	1.9	3.4	7.2	7.1
沉淀完全	9.0	3.2	4.7	9.2	9.1

注：金属离子起始浓度为0.1mol/L

（1）上述流程中能加快反应速率的措施有__。

（2）H₂O₂的作用是将Fe²⁺氧化为Fe³⁺。

①加入H₂O₂发生反应的离子方程式是__。

②滤渣2的主要成分是__（写化学式）。

（3）萃取剂RH可用于对溶液中的Ni²⁺、Co²⁺进行分离与富集：Co²⁺(水相)+2RH(有机相)CoR₂(有机相)+2H⁺(水相)

①萃取剂浓度对溶液中Ni²⁺、Co²⁺的萃取率影响如图所示，萃取剂浓度的最佳取值为__mol/L。

②在__（填“强碱性”或“强酸性”）介质中反萃取，使萃取剂再生而循环利用。

（4）向反萃取后的水溶液中加入稍过量NH₄HCO₃，得到CoCO₃沉淀。将CoCO₃与Li₂CO₃按n(Li)：n(Co)=1的比例混合，鼓入空气，高温烧结，得到Li₂CoO₂。

①得到CoCO₃沉淀的离子方程式是__。

②若使用(NH₄)₂CO₃做沉淀剂，产物中会混有Co₂(OH)₂CO₃，这是因为__。

③在空气中烧结反应的化学方程式是__。

Answer

研磨加热 H2O2+2Fe2++2H+=2Fe3++2H2O Fe(OH)3、Al(OH)3 0.025 强酸性 Co2++2HCO=CoCO3↓+H2O+CO2↑ 相同条件下，(NH4)2CO3碱性更强，且Co2(OH)2CO3的溶解度小 4CoCO3+2Li2CO3+O24LiCoO2+6CO2

【解析】

红土镍矿经过研磨增大酸浸时的接触面积，加硫酸后金属氧化物溶解得到相应的硫酸盐，二氧化硅不溶于硫酸成为滤渣1，滤液1中加过氧化氢将亚铁离子氧化成三价铁离子，调剂pH到5使铁离子和铝离子转变成氢氧化物沉淀，滤渣2为氢氧化铝和氢氧化铁，滤液2进行萃取得到有机相，再反萃取，经过处理得到钴酸锂(LiCoO2)，据此分析解答。

(1)研磨可以增大反应物间的接触面积，提高反应速率，加热、升高温度能增大反应速率，故答案为：研磨、加热；

(2) ①H2O2的作用是将Fe2+氧化为Fe3+，加入H2O2发生反应H2O2+2Fe2++2H+=2Fe3++2H2O，故答案为：H2O2+2Fe2++2H+=2Fe3++2H2O；

②根据以上分析滤渣2主要成分是氢氧化铝和氢氧化铁，故答案为：Fe(OH)3、Al(OH)3；

(3) ①根据萃取剂浓度对溶液中Ni2+、Co2+的萃取率影响图可知，当萃取剂浓度的为0.025 mol/L时，Co的萃取率相对较高，且此时Ni的萃取率接近0，故答案为：0.025；

②根据萃取反应平衡Co2+(水相)+2RH(有机相)⇌CoR2(有机相)+2H+(水相)可知，酸性增强时平衡逆向移动，有利于Co重新进入水相，故答案为：强酸性；

(4) ①向反萃取后的水溶液中加入稍过量NH4HCO3，得到CoCO3沉淀，发生的反应为：Co2++2HCO=CoCO3↓+H2O+CO2↑，故答案为：Co2++2HCO=CoCO3↓+H2O+CO2↑；

②若使用(NH4)2CO3做沉淀剂，产物中会混有Co2(OH)2CO3，主要因为碳酸根离子的水解程度比碳酸氢根离子强，溶液的碱性更强，且Co2(OH)2CO3的溶解度小，故答案为：相同条件下，(NH4)2CO3碱性更强，且Co2(OH)2CO3的溶解度小；

③将CoCO3与Li2CO3按n(Li)：n(Co)=1的比例混合，鼓入空气，高温烧结，得到Li2CoO2，反应中Co元素的化合价由+2价升至+3价，O元素的化合价由0价降至-2价，根据得失电子守恒和原子守恒，反应的方程式为：4CoCO3+2Li2CO3+O24LiCoO2+6CO2，故答案为：4CoCO3+2Li2CO3+O24LiCoO2+6CO2；