Question

3．2006年世界鋰離子電池總產(chǎn)量超過(guò)25億只，鋰電池消耗量巨大，對(duì)不可再生的金屬資源的消耗是相當(dāng)大的．因此鋰離子電池收具有重要意義，其中需要重點(diǎn)回收的是正極材料，其主要成分為鈷酸鋰（LiCoO₂）．導(dǎo)電乙炔黑（一種炭黑）．鋁箔以及有機(jī)粘接劑．某回收工藝流程如下：

（1）上述工藝回收到的產(chǎn)物有Al（OH）₃、CoSO₄、Li₂CO₃．
（2）廢舊電池可能由于放電不完全而殘留有原子態(tài)的鋰，為了安全對(duì)拆解環(huán)境的要求是隔絕空氣和水分．
（3）堿浸時(shí)主要反應(yīng)的離子方程式為2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑．
（4）酸浸時(shí)反應(yīng)的化學(xué)方程式為2LiCoO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Li₂SO₄+2CoSO₄+O₂↑+4H₂O．如果用鹽酸代替H₂SO₄和H₂O₂的混合液也能達(dá)到溶解的目的，但不利之處是有氯氣生成，污染較大．
（5）生成Li₂CO₃的化學(xué)反應(yīng)方程式為L(zhǎng)i₂SO₄+Na₂CO₃=Na₂SO₄+Li₂CO₃↓．已知Li₂CO₃在水中的溶解度隨著溫度升高而減小，最后一步過(guò)濾時(shí)應(yīng)趁熱
（6）CO和鐵粉在一定條件下可以合成五羰基合鐵[Fe（CO）₅]，該物質(zhì)可用作無(wú)鉛汽油的防爆劑，是一種淺黃色液體，易溶于苯等有機(jī)溶劑，不溶于水，光照時(shí)生成Fe₂（CO）₉，60℃發(fā)生自燃． 今將一定量的Fe（CO）₅的苯溶液，用紫外線照射片刻．取照射后的溶液完全燃燒，得到30.58gCO₂、5.4gH₂O及1.6g紅棕色粉末．紅棕色粉末的化學(xué)式為Fe₂O₃，照射后的溶液中Fe（CO）₅和Fe₂ （CO）₉的物質(zhì)的量之比為2：1．

Answer 1

分析 鋁鈷膜廢料中含有LiCo0₂和鋁箔，將廢料先用堿液浸泡，將Al充分溶解，過(guò)濾后得到的濾液為含有偏鋁酸鈉，濾渣為L(zhǎng)iCo0₂；通過(guò)調(diào)節(jié)濾液的pH，將偏鋁酸鈉轉(zhuǎn)化成氫氧化鋁沉淀；將濾渣用雙氧水、硫酸處理后生成Li₂SO₄、CoSO₄，反應(yīng)的離子方程式為：2LiCoO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Li₂SO₄+2CoSO₄+O₂↑+4H₂O，通過(guò)操作分別分離出Li₂SO₄、CoSO₄，通過(guò)濃縮、加入飽和碳酸鈉溶液后過(guò)濾，最后得到碳酸鋰固體，
（1）根據(jù)工藝流程的最終產(chǎn)物可判斷回收到的產(chǎn)物，應(yīng)為Al（OH）₃、CoSO₄、Li₂CO₃；
（2）從金屬鋰的化學(xué)性質(zhì)分析，鋰為活潑金屬；
（3）根據(jù)所加入的反應(yīng)物以及生成物結(jié)合質(zhì)量守恒定律和電荷守恒定律來(lái)書寫離子方程式；
（4）根據(jù)所加入的反應(yīng)物以及生成物結(jié)合質(zhì)量守恒定律來(lái)書寫化學(xué)方程式；由題中信息知LiCoO₂具有強(qiáng)氧化性，加入鹽酸有污染性氣體氯氣生成；
（5）根據(jù)質(zhì)量守恒定律來(lái)書寫化學(xué)方程式，Li₂CO₃在水中的溶解度隨著溫度的升高而減小，應(yīng)趁熱過(guò)濾；
（6）依據(jù)含鐵的化合物的顏色判斷產(chǎn)物；依據(jù)鐵原子和碳原子個(gè)數(shù)守恒計(jì)算解答Fe（CO）₅和Fe₂（CO）₉的物質(zhì)的量之比．

解答 解：鋁鈷膜廢料中含有LiCo0₂和鋁箔，將廢料先用堿液浸泡，將Al充分溶解，過(guò)濾后得到的濾液為含有偏鋁酸鈉，濾渣為L(zhǎng)iCo0₂；通過(guò)調(diào)節(jié)濾液的pH，將偏鋁酸鈉轉(zhuǎn)化成氫氧化鋁沉淀；將濾渣用雙氧水、硫酸處理后生成Li₂SO₄、CoSO₄，反應(yīng)的離子方程式為：2LiCoO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Li₂SO₄+2CoSO₄+O₂↑+4H₂O，通過(guò)操作分別分離出Li₂SO₄、CoSO₄，通過(guò)濃縮、加入飽和碳酸鈉溶液后過(guò)濾，最后得到碳酸鋰固體，
（1）工藝流程的最終產(chǎn)物為：Al（OH）₃、CoSO₄、Li₂CO₃，
故答案為：Al（OH）₃、CoSO₄、Li₂CO₃；
（2）金屬鋰性質(zhì)活潑，易與氧氣、水發(fā)生反應(yīng)，應(yīng)隔絕空氣和水分，
故答案為：隔絕空氣和水分；
（3）鋁能與堿反應(yīng)生成AlO₂^-，反應(yīng)的離子方程式為2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，
故答案為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；
（4）酸浸時(shí)反應(yīng)物有硫酸、過(guò)氧化氫以及LiCoO₂，生成物有Li₂SO₄和CoSO₄，反應(yīng)方程式為：2LiCoO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Li₂SO₄+2CoSO₄+O₂↑+4H₂O，由題中信息知LiCoO₂具有強(qiáng)氧化性，加入鹽酸有污染性氣體氯氣生成，
故答案為：2LiCoO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Li₂SO₄+2CoSO₄+O₂↑+4H₂O；有氯氣生成，污染較大；
（5））碳酸鋰難溶，生成Li₂CO₃的化學(xué)反應(yīng)屬于復(fù)分解反應(yīng)，方程式為L(zhǎng)i₂SO₄+Na₂CO₃=Na₂SO₄+Li₂CO₃↓，Li₂CO₃在水中的溶解度隨著溫度的升高而減小，應(yīng)趁熱過(guò)濾，
故答案為：Li₂SO₄+Na₂CO₃=Na₂SO₄+Li₂CO₃↓；趁熱；
（6）鐵的化合物中只有Fe₂O₃為紅棕色，所以該固體為Fe₂O₃，5.4g H₂O為苯燃燒生成，則
C₆H₆～6CO₂～3H₂O
6            3
n（CO₂）  $\frac{5.4g}{18g/mol}$
得 n（CO₂）=0.6mol
設(shè)Fe（CO）₅的物質(zhì)的量為xmol，F(xiàn)e₂（CO）₉的物質(zhì)的量為ymol，
則依據(jù)鐵原子個(gè)數(shù)守恒可知，x+2y=$\frac{1.6g}{160g/mol}$×2=0.02mol；
依據(jù)碳原子個(gè)數(shù)守恒可知：5x+9y=$\frac{30.58g}{44g/mol}$-0.6mol=0.095mol；
解得：x=0.01mol y=0.005mol x：y=2：1；
故答案為：Fe₂O₃；2：1．

點(diǎn)評(píng) 本題為生產(chǎn)流程題，涉及金屬的回收、環(huán)境保護(hù)、氧化還原反應(yīng)、物質(zhì)的分離提純和除雜等問(wèn)題，考查了實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，方程式的書寫，化學(xué)平衡表達(dá)式的書寫，物質(zhì)的量的計(jì)算題目較為綜合，做題時(shí)注意仔細(xì)審題，從題目中獲取關(guān)鍵信息．本題難度中等．