Question

13．鈷酸鋰（LiCoO₂）鋰離子電池是一種應(yīng)用廣泛的新型電池，實(shí)驗(yàn)室嘗試用廢舊鈷酸鋰離子電池回收鋁，鐵，銅，鈷及鋰元素，其流程如下：

已知：①Fe³⁺+3C₂O₄^2-═[Fe（C₂O₄）₃]^3-，[Fe（C₂O₄）₃]^3-遇酸分解，重新生成Fe³⁺
②Co³⁺有強(qiáng)氧化性，易被還原為Co²⁺
③廢舊電池中鋁、鐵以單質(zhì)形式存在
（1）堿浸泡過(guò)程中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是2Al+2OH-+2H2O═2AlO2-+3H2↑．
（2）濾液A中溶質(zhì)（除鹽酸外）主要成分的化學(xué)式是LiCl、CoCl₂、FeCl₂；向?yàn)V液A中加入草酸銨溶液，使鈷元素以CoC₂O₄形式沉淀析出，判斷沉淀完全的方法和現(xiàn)象是靜置，取上層清液加入草酸銨溶液，若沒(méi)有沉淀生成，則沉淀完全．
（3）濾液A到濾液B的步驟中，加入氧化劑不能選用B原因是會(huì)引入雜質(zhì)NO₃^-．
A．Cl₂ B．HNO₃C．H₂O₂
（4）生成Li₂ CO₃的化學(xué)方程式為2LiCl+Na₂CO₃═Li₂CO₃+2NaCl．
（5）上述流程有一缺點(diǎn)，第一次使用到鹽酸時(shí)，會(huì)有少量黃綠色氣體生成，請(qǐng)寫(xiě)出該反應(yīng)的化學(xué)方程式2LiCoO₂+8HCl═2LiCl+2CoCl₂+Cl₂↑+4H₂O．
（6）某溫度下K_sp[Fe（OH）₃]=2.097×10^-39 mol⁴•L^-4，將0.01mol•L^-1的FeCl₃溶液與0.001mol•L^-1的NaOH溶液等體積混合，請(qǐng)通過(guò)計(jì)算說(shuō)明能否形成沉淀c（Fe³⁺）•c³（OH^-）=（$\frac{1}{2}$×0.01）×（$\frac{1}{2}$×0.001）³=6.25×10^-13 mol⁴•L^-4＞Ksp[Fe（OH）₃]，能生成Fe（OH）₃沉淀．

Answer 1

分析 廢舊鈷酸鋰鎳離子電池主要含有Fe、Al、Cu的單質(zhì)和LiCoO₂，初步處理，加堿浸泡，鋁和堿液反應(yīng)生成偏鋁酸鹽和氫氣，固體殘?jiān)鼮椋篎e、Cu的單質(zhì)和LiCoO₂，加鹽酸Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，2LiCoO₂+8H⁺+2Cl^-=2Li⁺+2Co²⁺+Cl₂↑+4H₂O，沉淀為Cu，濾液A為Fe²⁺、Li⁺、Co³⁺、Cl^-，F(xiàn)eC₂O₄難溶于水，向?yàn)V液A中加入H₂O₂，氧化Fe²⁺為Fe³⁺，加入草酸銨，過(guò)濾沉淀為CoC₂O₄•2H₂O，濾液B為：Fe³⁺、Li⁺、Cl^-，加入碳酸鈉，發(fā)生的離子反應(yīng)為2Li⁺+CO₃^2-=Li₂CO₃↓，濾液C為Fe³⁺、Cl^-，加入氧化劑防止鐵離子被還原得氯化鐵溶液，
（1）堿浸泡過(guò)程中鋁和堿液反應(yīng)生成偏鋁酸鹽溶液；
（2）LiCoO₂中Li為+1價(jià)，Co為+3價(jià)，具有氧化性，HCl中-1價(jià)的氯具有還原性，Co（+3→+2），Cl（-1→0）；
（3）不能引入新的雜質(zhì)；
（4）氯化鋰與碳酸鈉反應(yīng)生成碳酸鋰；
（5）黃綠色氣體為氯氣，鈷酸鋰能將鹽酸氧化為氯氣；
（6）離子積大于K_sp能形成沉淀．

解答 解：廢舊鈷酸鋰鎳離子電池主要含有Fe、Al、Cu的單質(zhì)和LiCoO₂，初步處理，加堿浸泡，鋁和堿液反應(yīng)生成偏鋁酸鹽和氫氣，固體殘?jiān)鼮椋篎e、Cu的單質(zhì)和LiCoO₂，加鹽酸Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，2LiCoO₂+8H⁺+2Cl^-=2Li⁺+2Co²⁺+Cl₂↑+4H₂O，沉淀為Cu，濾液A為Fe²⁺、Li⁺、Co³⁺、Cl^-，F(xiàn)eC₂O₄難溶于水，向?yàn)V液A中加入H₂O₂，2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，氧化Fe²⁺為Fe³⁺，加入草酸銨，過(guò)濾沉淀為CoC₂O₄•2H₂O，濾液B為：Fe³⁺、Li⁺、Cl^-，加入碳酸鈉，發(fā)生的離子反應(yīng)為2Li⁺+CO₃^2-=Li₂CO₃↓，濾液C為Fe³⁺、Cl^-，加入氧化劑防止鐵離子被還原得氯化鐵溶液，
（1）鋁和堿液反應(yīng)生成偏鋁酸鹽和氫氣，所以堿浸泡過(guò)程中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，
故答案為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；
（2）LiCoO₂中Li為+1價(jià)，Co為+3價(jià)，具有氧化性，HCl中-1價(jià)的氯具有還原性，向固體殘?jiān)�中加入鹽酸時(shí)，Co（+3→+2），Cl（-1→0），最小公倍數(shù)為1，因Cl₂為雙原子分子，所以LiCoO₂前系數(shù)為2，根據(jù)原子守恒，未知物為水，所以反應(yīng)為：2LiCoO₂+8HCl=2LiCl+2CoCl₂+Cl₂↑+4H₂O．濾液A為Fe²⁺、Li⁺、Co³⁺、Cl^-，靜置，取上層清液加入草酸銨溶液，若沒(méi)有沉淀生成，則沉淀完全，故答案為：CoCl₂、FeCl₂；靜置，取上層清液加入草酸銨溶液，若沒(méi)有沉淀生成，則沉淀完全；
（3）FeC₂O₄難溶于水，[Fe（C₂O₄）₃]^3-遇酸轉(zhuǎn)化為Fe³⁺，為避免沉淀Fe²⁺，需氧化亞鐵離子，H₂O₂具有氧化性，F(xiàn)e²⁺具有還原性，向?yàn)V液A中加入H₂O₂的作用是氧化Fe²⁺為Fe³⁺；發(fā)生的反應(yīng)為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；氯氣的還原產(chǎn)物為氯離子，加入硝酸會(huì)引入雜質(zhì)NO₃^-，故答案為：B；會(huì)引入雜質(zhì)NO₃^-；（4）氯化鋰與碳酸鈉反應(yīng)生成碳酸鋰，化學(xué)方程式為2LiCl+Na₂CO₃═Li₂CO₃+2NaCl，故答案為：2LiCl+Na₂CO₃═Li₂CO₃+2NaCl；
（5）黃綠色氣體為氯氣，黃綠色氣體為氯氣，鈷酸鋰能將鹽酸氧化為氯氣，反應(yīng)的化學(xué)方程式：2LiCoO₂+8HCl═2LiCl+2CoCl₂+Cl₂↑+4H₂O，故答案為：2LiCoO₂+8HCl═2LiCl+2CoCl₂+Cl₂↑+4H₂O；
（6）由Ksp可知，c（Fe³⁺）•c³（OH^-）=（$\frac{1}{2}$×0.01）×（$\frac{1}{2}$×0.001）³=6.25×10^-13 mol⁴•L^-4＞2.097×10^-39，能生成Fe（OH）₃沉淀，故答案為：c（Fe³⁺）•c³（OH^-）=（$\frac{1}{2}$×0.01）×（$\frac{1}{2}$×0.001）³=6.25×10^-13 mol⁴•L^-4＞Ksp[Fe（OH）₃]，能生成Fe（OH）₃沉淀．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)的分離和提純，側(cè)重考查工藝流程的分析，涉及沉淀的生成與物質(zhì)的性質(zhì)、基本實(shí)驗(yàn)操作等知識(shí)點(diǎn)，明確物質(zhì)性質(zhì)是解本題關(guān)鍵，知道每一步發(fā)生的反應(yīng)及分離方法，題目難度中等．