Question

【題目】2020年我國廢舊鋰離子電池的產(chǎn)生將達到爆發(fā)期，某高校實驗室利用廢舊鈷酸鋰正極片進行鈷酸鋰的再生工藝設(shè)計如下，請回答下列問題：

(1)拆解廢舊電池前需要進行放電，以避免在拆解過程中因局部短路起火，放電方式為電化學(xué)放電，可以將廢舊電池浸泡在_____________中進行放電。

A．酒精 B．98%H2SO4C．Na2SO4溶液

(2)預(yù)處理時，鈷酸鋰(Li0.5CoO2)高溫下分解得到LiCoO2、Co3O4和一種氣體，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_________________。

(3)已知難溶物CoC2O4的Ksp=4.0×10-6，一般認(rèn)為離子濃度達到10-5mol/L時即完全除盡。沉鈷過程中，當(dāng)Co2+完全沉淀時，溶液中的濃度至少為_________mol/L。

(4)沉鈷過程中，草酸鹽體系中鈷離子形態(tài)分布如圖，在不同pH范圍鈷離子形態(tài)不同的原因___________________。

(5)在空氣氛圍下CoC2O42H2O氧化分解制備Co3O4的失重曲線如圖所示，已知失重率大約為19.7%；失重率大約為36.3%；失重率大約為3.0%。請寫出發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式______________________。

(6)已知生成草酸鈷的過程為吸熱過程。在，沉淀時間，考察溫度對Co2+沉淀率的影響，結(jié)果如圖所示，沉淀率呈先增大后減小的趨勢的原因可能____________。

Answer 1

【答案】C 6Li0.5CoO23LiCoO2+Co3O4+O2↑ 0.4 低pH范圍時，水解為H2C2O4和；隨著pH增高，水解程度降低 3CoC2O4+2O2Co3O4+6CO2 溫度的提高有利于增加Co2+與的有效碰撞(或沉淀速率)，同時由于草酸鈷的沉淀反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，溫度升高有利于沉淀反應(yīng)正移；由于草酸鉆的溶解度在較高溫度下可能會増大，因此過高溫度反而在一定程度上降低Co2+的沉淀率

【解析】

廢舊鈷酸鋰(Li0.5CoO2)電池預(yù)處理時，Li0.5CoO2高溫分解得到LiCoO2、Co3O4和O2；加入葡萄糖和鹽酸進行還原輔助酸浸，鈷元素轉(zhuǎn)化為CoCl2；加入(NH4)2C2O4溶液沉鈷，Co2+轉(zhuǎn)化為CoC2O4沉淀；在空氣中氧化煅燒，CoC2O4轉(zhuǎn)化為Co3O4；再用Li2CO3處理，即轉(zhuǎn)化為Li0.5CoO2。

(1)廢舊電池電化學(xué)放電，需發(fā)生原電池反應(yīng)，所以可以將廢舊電池浸泡在電解質(zhì)溶液中進行放電，酒精和98%H2SO4都不能導(dǎo)電，只有Na2SO4溶液能導(dǎo)電，故選C。答案為：C；

(2)預(yù)處理時，鈷酸鋰(Li0.5CoO2)高溫下分解得到LiCoO2、Co3O4和一種氣體，由于Co元素化合價降低，則氣體為O2，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為6Li0.5CoO23LiCoO2+Co3O4+O2↑。答案為：6Li0.5CoO23LiCoO2+Co3O4+O2↑；

(3)沉鈷過程中，當(dāng)Co2+完全沉淀時，c(Co2+)≤10-5mol/L，c()=mol/L≥0.4 mol/L，所以溶液中的濃度至少為0.4mol/L。答案為：0.4；

(4)沉鈷過程中，草酸鹽體系中鈷離子形態(tài)分布如圖，pH較小時，主要生成鈷的草酸氫鹽，因為酸性較強溶液中，草酸根水解轉(zhuǎn)化為草酸氫根或草酸，所以在不同pH范圍鈷離子形態(tài)不同的原因為：低pH范圍時，水解為H2C2O4和；隨著pH增高，水解程度降低。答案為：低pH范圍時，水解為H2C2O4和；隨著pH增高，水解程度降低；

(5)設(shè)加熱前，CoC2O42H2O的質(zhì)量為183g，即CoC2O42H2O為1mol，則失重率大約為19.7%時，剩余固體質(zhì)量為183g×(1-19.7%)=147g；失重率大約為36.3%，剩余固體質(zhì)量為183g×(1-19.7%-36.3%)=80.5g；失重率大約為3.0%，剩余固體質(zhì)量為183g×(1-19.7%-36.3%-3.0%)=75g。則時，失重183g-147g=36g，=2mol，則此時剛好失去全部結(jié)晶水，所得固體為CoC2O4；時，依據(jù)流程圖中提供的信息，產(chǎn)物為Co3O4(也可從=241.5g/mol得到證實)；時，M(產(chǎn)物)==75g/mol，則其為CoO。因此時，CoC2O4轉(zhuǎn)化Co3O4，此時應(yīng)有O2參與反應(yīng)，且產(chǎn)物中還有碳的氧化物CO2，發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式3CoC2O4+2O2Co3O4+6CO2。答案為：3CoC2O4+2O2Co3O4+6CO2；

(6)因為生成草酸鈷的過程為吸熱過程，所以升高溫度平衡正向移動，Co2+沉淀率增大，后來沉淀率下降，應(yīng)由溶解度的增大引起。所以沉淀率呈先增大后減小的趨勢的原因可能為：溫度的提高有利于增加Co2+與的有效碰撞(或沉淀速率)，同時由于草酸鈷的沉淀反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，溫度升高有利于沉淀反應(yīng)正移；由于草酸鉆的溶解度在較高溫度下可能會増大，因此過高溫度反而在一定程度上降低Co2+的沉淀率。答案為：溫度的提高有利于增加Co2+與的有效碰撞(或沉淀速率)，同時由于草酸鈷的沉淀反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，溫度升高有利于沉淀反應(yīng)正移；由于草酸鉆的溶解度在較高溫度下可能會増大，因此過高溫度反而在一定程度上降低Co2+的沉淀率。