Question

廢舊鋰離子電池的正極材料試樣（主要含有LiCoO₂及少量Al、Fe等）可通過下列實驗方法回收鈷、鋰．

（1）在上述溶解過程中，S₂O₃²ˉ被氧化成SO₄²ˉ，LiCoO₂在溶解過程中反應的離子方程式為

S₂O₃²ˉ+8LiCoO₂+22H⁺═2SO₄²ˉ+8Li⁺+8Co²⁺+11H₂O

．

沉淀物	開始沉淀pH	沉淀完全pH
Al（OH）3	3.0	5.2
Fe（OH）3	1.5	2.8
Fe（OH）2	7.6	9.7

（2）除雜時通入空氣的目的

將Fe²⁺氧化成Fe³⁺

，所得的廢渣成分為

Fe（OH）₃、Al（OH）₃

．從廢渣中獲得Al₂O₃的部分流程如圖甲所示，括號表示加入的試劑，方框表示所得到的物質．則步驟I需要的玻璃儀器有

燒杯、漏斗、玻璃棒

，步驟Ⅱ中反應的離子方程式是

2AlO₂^-+CO₂+3H₂O═2Al（OH）₃↓+CO₃²ˉ或
AlO₂^-+CO₂+2H₂O═Al（OH）₃↓+HCO₃ˉ

．
（3）工業(yè)上，將Li₂CO₃粗品制備成高純Li₂CO₃的部分工藝如圖乙．
a．將Li₂CO₃溶于鹽酸作電解槽的陽極液，LiOH溶液作陰極液，兩者用離子選擇透過膜隔開，用惰性電極電解．
b．電解后向LiOH溶液中加入過量NH₄HCO₃溶液，過濾、烘干得高純Li₂CO₃．
①a中，陰極的電極反應式是

2H⁺+2e^-═H₂↑或2H₂O+2e^-═H₂+2OH^-

．
②b中，生成Li₂CO₃反應的化學方程式是

2LiOH+2NH₄HCO₃═Li₂CO₃↓+（NH₄）₂CO₃

．

Answer 1

分析：（1）酸性條件下，S₂O₃²ˉ被氧化成SO₄²ˉ，則LiCoO₂被氧化生成Co²⁺，根據離子方程式的書寫規(guī)則，再根據氧化還原反應中得失電子結合原子守恒配平方程式；
（2）亞鐵離子不穩(wěn)定易被氧化生成鐵離子，根據沉淀所需溶液的pH確定廢渣的成分，過濾過程中需要的玻璃儀器是燒杯、漏斗、玻璃棒，偏鋁酸鹽能和二氧化碳反應生成氫氧化鋁沉淀；
（3）①a中，陰極上氫離子放電生成氫氣；
②b中，氫氧化鋰和碳酸氫銨反應生成碳酸鋰和碳酸銨．

解答：解：（1）根據題意知，酸性條件下，S₂O₃²ˉ被氧化成SO₄²ˉ，則LiCoO₂被氧化生成Co²⁺，所以發(fā)生的離子反應方程式為：S₂O₃²ˉ+8LiCoO₂+22H⁺═2SO₄²ˉ+8Li⁺+8Co²⁺+11H₂O，
故答案為：S₂O₃²ˉ+8LiCoO₂+22H⁺═2SO₄²ˉ+8Li⁺+8Co²⁺+11H₂O；
（2）亞鐵離子不穩(wěn)定，易被氧氣氧化生成鐵離子，所以除雜時通入空氣的目的是將亞鐵離子氧化生成鐵離子，再將鐵離子轉化為氫氧化鐵沉淀，從而除去亞鐵離子；根據表格知，pH為5-6時，鐵離子和鋁離子完全轉化為沉淀，所以廢渣的成分是Fe（OH）₃、Al（OH）₃；分離固體和溶液的方法是過濾，過濾過程中需要的玻璃儀器是燒杯、漏斗、玻璃棒；步驟I中，廢渣中的鋁和氫氧化鈉反應生成偏鋁酸鈉，步驟II中，向偏鋁酸鈉溶液中通入過量的二氧化碳，使偏鋁酸鈉轉化為氫氧化鋁，反應離子方程式為2AlO₂^-+CO₂+3H₂O═2Al（OH）₃↓+CO₃²ˉ或AlO₂^-+CO₂+2H₂O═Al（OH）₃↓+HCO₃^-，
故答案為：將Fe²⁺氧化成Fe³⁺； Fe（OH）₃、Al（OH）₃；燒杯、漏斗、玻璃棒；2AlO₂^-+CO₂+3H₂O═2Al（OH）₃↓+CO₃²ˉ或AlO₂^-+CO₂+2H₂O═Al（OH）₃↓+HCO₃ˉ；
（3）①a中，陰極上氫離子放電生成氫氣，電極反應式為：2H⁺+2e^-═H₂↑或2H₂O+2e^-═H₂+2OH^-，
故答案為：2H⁺+2e^-═H₂↑或2H₂O+2e^-═H₂+2OH^-；
②b中，氫氧化鋰和碳酸氫銨反應生成碳酸鋰和碳酸銨，反應方程式為2LiOH+2NH₄HCO₃═Li₂CO₃↓+（NH₄）₂CO₃，
故答案為：2LiOH+2NH₄HCO₃═Li₂CO₃↓+（NH₄）₂CO₃．

點評：本題考查了離子方程式的書寫、電極反應式的書寫、氧化還原反應等知識點，難度較大，明確物質的性質是解本題的關鍵，知道氫氧化鋁是重要的兩性氫氧化物，能與強酸和強堿反應生成鹽．