Question

【題目】2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予在開發(fā)鋰離子電池方面做出卓越貢獻(xiàn)的三位化學(xué)家。利用處理后的廢舊鋰離子電池材料（主要成分為Co3O4，還含有少量鋁箔、LiCoO2等雜質(zhì)）制備CoO，工藝流程如圖：

回答下列問題：

（1）Co元素在元素周期表中的位置___。

（2）廢舊鋰離子電池拆解前進(jìn)行“放電處理”有利于鋰在正極回收的原因是___；提高“堿浸”效率的措施有____（至少寫兩種）。

（3）不同浸出劑“酸溶”結(jié)果如表：

出劑	浸出液化學(xué)成分/（gL-1）		鈷浸出率/%
	Co	Al
（a）HCl	80.84	5.68	98.4
（b）H2SO4	65.0	6.22	72.3
（c）H2SO4+Na2S2O3	84.91	5.96	98.0

①浸出劑（a）的鈷浸出率最高，而實(shí)際工藝中一般不選用浸出劑（a）的原因是____。

②溫度越高浸出反應(yīng)速率越快，所以“酸溶”一般選用較高的溫度。據(jù)此你選擇的浸出劑是___（填序號(hào)），理由是___。

③從氧化還原角度分析，還原等物質(zhì)的量的Co3O4，需要___（填“H2O2”或“Na2S2O3”）物質(zhì)的量更少。

④綜上分析，寫出最合適的浸出劑與Co3O4反應(yīng)的化學(xué)方程式____。

（4）已知：Ksp[Co（OH）2]=1.0×10-15，Ksp（Li2CO3）=1.7×10-3，Ksp（CoCO3）=1.5×10-13。若濾液2中Co2+含量為5.9×10-2gL1，計(jì)算判斷“沉碳酸鈷”應(yīng)調(diào)節(jié)pH不高于____。

Answer 1

【答案】第四周期第VIII族 放電有利于Li+向正極移動(dòng)并進(jìn)入正極材料 粉碎、適當(dāng)增大NaOH溶液的濃度（或適當(dāng)升高溫度等） 有Cl2生成，污染空氣 （c） Co3O4能氧化Cl-，生成有污染性的氯氣，而Na2S2O3在溶液中受熱影響小，因此選擇（c）效果優(yōu)于前者 Na2S2O3 4Co3O4+Na2S2O3+11H2SO4=12CoSO4+Na2SO4+11H2O 8.0

【解析】

（1）Co原子序數(shù)是27，根據(jù)原子結(jié)構(gòu)推斷其在周期表的位置；
（2）原電池放電時(shí)，陽離子由負(fù)極移向正極，提高浸取率的措施有固體粉碎、玻璃棒攪拌、適當(dāng)升高浸取液的溫度和增大浸取液的濃度、延長(zhǎng)浸取時(shí)間等；
（3）廢料用堿液溶解，過濾得到濾液①偏鋁酸鈉溶液和鈷渣；用H2SO4、Na2S2O3溶解鈷渣，發(fā)生的反應(yīng)為4Co3O4+Na2S2O3+11H2SO4=12CoSO4+Na2SO4+11H2O，得到含有鈷離子的溶液，然后調(diào)節(jié)溶液pH并用碳酸鈉溶液將鈷離子轉(zhuǎn)化成碳酸鈷沉淀，過濾得到碳酸鈷沉淀，灼燒碳酸鈷得到氧化鈷，據(jù)此分析解答；

（4）先求出c(Co2+)，再根據(jù)KspCo(OH)2=c(Co2+)×c2(OH-)=1.0×10-15進(jìn)行計(jì)算。

(1)Co原子序數(shù)是27，核外電子排布式為[Ar]3d74s2，位于第四周期第VIII族，故答案為：第四周期第VIII族；

(2)原電池放電時(shí)，電解質(zhì)溶液中陽離子由負(fù)極移向正極，所以廢舊鋰離子電池拆解前進(jìn)行“放電處理”有利于Li+向正極移動(dòng)并進(jìn)入正極材料；提高浸取率的措施有固體粉碎、玻璃棒攪拌、適當(dāng)升高浸取液的溫度和增大浸取液的濃度等，故答案為：放電有利于Li+向正極移動(dòng)并進(jìn)入正極材料；粉碎、適當(dāng)增大NaOH溶液的濃度(或適當(dāng)升高溫度等)；

(3)①因Co3O4有較強(qiáng)氧化性，能氧化溶液里的Cl-，生成的氯氣對(duì)環(huán)境有污染，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為Co3O4+2Cl-+8H+=3Co2++Cl2↑+4H2O，故答案為：有Cl2生成，污染空氣；

②根據(jù)表中不同浸出劑“酸溶”實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，使用HCl或H2SO4+Na2S2O3時(shí)浸出液化學(xué)成分中Co的含量高、鈷浸出率也較高，Co3O4有較強(qiáng)氧化性，在酸性條件下氧化S2O32-生成SO42-，但Co3O4也能氧化Cl-，生成有污染性的氯氣，不符合綠色化學(xué)理念，所以綜合考慮應(yīng)選擇的浸出劑是H2SO4+Na2S2O3，即(c)，故答案為：(c)；Co3O4能氧化Cl-，生成有污染性的氯氣，而Na2S2O3在溶液中受熱影響小，因此選擇(c)效果優(yōu)于前者；

③Co3O4～Co2+～2e-，H2O2～O2～2e-，Na2S2O3～2Na2SO4～4e-，若還原1molCo3O4，則轉(zhuǎn)移電子2mol，被氧化的H2O2的物質(zhì)的量為1mol、被氧化的Na2S2O3的物質(zhì)的量為0.5mol，所以還原等物質(zhì)的量的Co3O4，需要Na2S2O3的物質(zhì)的量更少，故答案為：Na2S2O3；

④綜上考慮，最合適的浸出劑為H2SO4+Na2S2O3，根據(jù)電子守恒和原子守恒配平、寫出的反應(yīng)的化學(xué)方程式4Co3O4+Na2S2O3+11H2SO4=12CoSO4+Na2SO4+11H2O，故答案為：4Co3O4+Na2S2O3+11H2SO4=12CoSO4+Na2SO4+11H2O；

(4)若濾液2中含Co2+為5.9×10-2gL-1，c(Co2+)=L1=10-3mol/L，且Ksp[Co(OH)2]=c(Co2+)×c2(OH-)=1.0×10-15，則恰好轉(zhuǎn)化為Co(OH)2時(shí)溶液中c(OH-)=mol/L=10-6mol/L，c(H+)=10-8mol/L，此時(shí)溶液pH=8.0，即“沉碳酸鈷“應(yīng)控制pH不高于8.0，故答案為：8.0。