Question

【題目】某科研小組采用如下方案拆解廢鈷酸鋰電池并從拆解的正極片中回收鋰和鈷，主要的實驗流程如下：

已知：①正極片中主要含LiCoO2(難溶于水)以及少量乙炔炭黑及鋁箔等；負(fù)極為石墨，充電時Li+嵌入石墨電極。

②P2O4為磷酸二異辛酯，密度為0.973g.cm-3。

③3HBrO+CO(NH2)2=3HBr+N2↑+2H2O+CO2↑。

(1)“放電處理”時，有關(guān)說法正確的是__________(填標(biāo)號)。

A．有利于鋰的回收，提高鋰的回收率

B．處理的主要目的是回收殘余的電能

C．處理過程中產(chǎn)生的氣體只有O2

D．可防止在電池拆解過程中，發(fā)生短路引起火災(zāi)、爆炸事故等安全問題

(2)“還原浸取”時，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_____________(S2O32-被氧化為SO42-)。

(3)“除鐵、鋁”時，應(yīng)調(diào)整溶液的pH范圍為___________(下表列出了相關(guān)金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH(開始沉淀的pH按金屬離子濃度為1.0mol·L-1計算)。

(4)“萃取”與“反萃取”時，靜置后(如圖所示)，獲得有機(jī)相的操作方法是__________；“反萃取”試劑X適宜是___________(填“H2SO4”或“NaOH”)溶液。

(5)設(shè)計以流程中產(chǎn)品Li2CO3為原料，制取LiBr·H2O的實驗方案：向燒杯中加入適量冷水，______________，干燥得LiBr·H2O[實驗中必須使用的試劑：飽和溴水、尿素及活性炭]。

Answer 1

【答案】AD 8LiCoO2 + S2O32－+22H+ = 8Li++8Co2++2SO42－+11H2O 5.0≤pH＜7.8 打開旋塞，使下層水相放出，然后關(guān)閉旋塞，將上層有機(jī)相從上口倒出 H2SO4 在攪拌下加入Li2CO3和尿素至完全溶解，逐滴加入飽和溴水，直到溶液中不再產(chǎn)生氣泡，加入活性炭脫色，過濾，將濾液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、水洗

【解析】

處理鈷酸鋰電池時，先進(jìn)行放電處理，讓鑲嵌在負(fù)極石墨中的Li＋回到正極，提高Li的回收率。放電完成后，拆解正極板，加入H2SO4、Na2S2O3發(fā)生氧化還原，LiCoO2中的Co的化合價由＋3價還原成＋2價的Co，通過調(diào)節(jié)pH，除去溶液中的Fe3＋、Al3＋，再用有機(jī)物萃取，分離Li和Co。

(1)A．根據(jù)已知①，負(fù)極為石墨，充電時Li＋嵌入石墨電極，放電時，Li＋從石墨電極中脫離，進(jìn)入到正極中，有利于提高鋰的回收率，A正確；

B．廢電池，提供的電壓或電流不穩(wěn)定，剩余的電能很少，不能穩(wěn)定的供能，因此放電處理的主要目的不是回收殘余的電能，B錯誤；

C．電解飽和食鹽水，生成的氣體為Cl2和H2，而不是O2，C錯誤；

D．電池完全放電后，可以防止電池拆解過程中可能發(fā)生的安全事故，D正確；

答案選AD；

(2)根據(jù)流程，LiCoO2中的Co的化合價為＋3，而回收物CoCO3中Co的化合價為＋2，因此在還原浸取中，Co的化合價降低，S2O32－中S的化合價升高，根據(jù)得失電子守恒和原子守恒，可得離子方程式為8LiCoO2＋S2O32－+22H＋=8Li＋+8Co2＋+2SO42－+11H2O；

(3)除去Fe、Al，則Fe3＋、Al3＋要完全沉淀，Fe3＋的完全沉淀的pH為3.2，Al3＋完全沉淀的pH為5.0，因此pH應(yīng)大于5.0，但是當(dāng)pH大于7.8時，Al(OH)3開始溶解，因此pH應(yīng)小于7.8，因此pH的范圍為5.0≤pH＜7.8；

(4)萃取劑的密度小于水，萃取操作后在上層，上層溶液應(yīng)從上口倒出，操作方法是打開旋塞，使下層水相放出，然后關(guān)閉旋塞，將上層有機(jī)相從上口倒出；從反萃取中可以回收萃取劑，但是萃取劑是酯類，酯在堿性環(huán)境下會水解，會回收不到萃取劑，因此試劑X適宜的是H2SO4；

(5)溴在水溶液中發(fā)生反應(yīng)Br2＋H2OHBr＋HBrO，但反應(yīng)的溴較少，生成HBr較少，造成原料的利用率低，根據(jù)已知③HBrO可以與尿素反應(yīng)，使得溴與水的反應(yīng)正向移動，生成較多的HBr，HBr再與Li2CO3反應(yīng)生成LiBr。活性炭可用于吸附?jīng)]有反應(yīng)的Br2，脫色，因此實驗方案為向燒杯中加入適量冷水，在攪拌下加入Li2CO3和尿素至完全溶解，逐滴加入飽和溴水，直到溶液中不再產(chǎn)生氣泡，加入活性炭脫色，過濾，將濾液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、水洗、干燥得LiBr·H2O。