Question

废旧锂离子电池的正极材料试样(主要含有LiCoO₂及少量Al、Fe等)可通过下列实验方法回收钴，并制备金属锂。

已知：①部分金属氢氧化物开始沉淀和完全沉淀时的pH：

氢氧化物	Fe(OH)3	Al(OH)3	Co(OH)2
开始沉淀pH	2.7	3.7	9.6
完全沉淀pH	3.7	4.7	11

②Li₂CO₃在不同温度下的溶解度如下表：

温度/℃	0	10	20	50	75	100
Li2CO3的溶解度/g	1.539	1.406	1.329	1.181	0.866	0.728

(1)LiCoO₂中，Co元素的化合价为_____。

(2)上述流程中为加快化学反应速率而采取的措施是_____。

(3)在上述溶解过程中，通入SO₂的目的为_____。

(4)加NaOH调pH的目的是_____。

(5)写出“沉钴”过程中发生反应的离子方程式_____。

(6)洗涤所得Li₂CO₃沉淀要使用_____(填“热水”或“冷水”)，将氯化锂溶液蒸干的过程中还需不断通入HCl气体，其作用是_____。

(7)Co(OH)₂在空气中加热时，固体残留率随温度的变化如图所示。已知钴的氢氧化物加热至290℃时已完全脱水，则1000℃时，剩余固体的成分为_____(填化学式)。

Answer

+3 研磨 将Co 3+还原为Co 2+ 将Fe3+、 Al3+转化为沉淀除去 Co2++2OH﹣＝Co（OH）2↓ 热水 抑制LiCl 水解，同时带走水蒸气 CoO

【解析】

正极材料经过研磨后变成粉末状，增大表面积，与稀硫酸反应时能加快反应速率，二氧化硫具有还原性，通入二氧化硫，可将Co 3+还原为Co 2+；根据部分金属氢氧化物开始沉淀和完全沉淀时的pH可知，第一次加入NaOH调pH的目的是将Fe3+、 Al3+转化为沉淀除去；第二次加入NaOH沉淀Co；再次加入NaOH和Na2CO3使Li转化为Li2CO3沉淀；Li2CO3沉淀和盐酸反应生成氯化锂，再经过加热蒸干、电解得到Li单质。

（1）LiCoO2中，Li为+1价、O为﹣2价，则Co元素的化合价为+3，故答案为：+3；

（2）将固体研磨的目的是为加快化学反应速率，故答案为：研磨；

（3）二氧化硫具有还原性，通入二氧化硫，可将Co 3+还原为Co 2+，故答案为：将Co 3+还原为Co 2+；

（4）滤液中含有Fe3+、 Al3+，加NaOH调pH的目的是将Fe3+、 Al3+转化为沉淀除去，故答案为：将Fe3+、 Al3+转化为沉淀除去；

（5）“沉钴”过程中发生反应的离子方程式为Co2++2OH﹣＝Co（OH）2↓，故答案为：Co2++2OH﹣＝Co（OH）2↓；

（6）温度升高，溶解度降低，则应用热水洗涤，避免碳酸锂溶解，将氯化锂溶液蒸干的过程中还需不断通入HCl气体，其作用是 抑制LiCl 水解，同时带走水蒸气，

故答案为：热水； 抑制LiCl 水解，同时带走水蒸气；

（7）根据质量守恒定律，在变化过程中，Co的质量没有变，假设原始固体质量为100g，则n（Co）＝mol，m（Co）＝100×g；

在1000℃时，固体质量不再变化，说明Co（OH）2完全分解，n（Co）：n（O）＝：[（80.65﹣100×）×]＝1：1，剩余固体成分为CoO，故答案为：CoO。