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，該反應的化學方程式為_________________。

(3)已知難溶物CoC2O4的Ksp=4.0×10-6，一般認為離子濃度達到10-5mol/L時即完全除盡。沉鈷過程中，當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)生的化學反應方程式______________________。

(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是吸熱反應，溫度升高有利于沉淀反應正移；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)廢舊電池電化學放電，需發(fā)生原電池反應，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都不能導電，只有Na2SO4溶液能導電，故選C。答案為：C；

(2)預處理時，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，該反應的化學方程式為6Li0.5CoO23LiCoO2+Co3O4+O2↑。答案為：6Li0.5CoO23LiCoO2+Co3O4+O2↑；

(3)沉鈷過程中，當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，此時應有O2參與反應，且產(chǎn)物中還有碳的氧化物CO2，發(fā)生的化學反應方程式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是吸熱反應，溫度升高有利于沉淀反應正移；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是吸熱反應，溫度升高有利于沉淀反應正移；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。