Question

3．以廢舊鋰電池正極材料（含LiCoO₂、Al、Cu、Fe等）為原料通過圖1方法獲得CoC₂O₄和Li₂CO₃．

已知：�。甃iCoO₂是不溶于水的固體
ⅱ.25℃時，部分電解質(zhì)的K_sp或K_a

弱電解質(zhì)	CoC2O4	Fe（OH）3	NH3•H2O	H2C2O4
平衡常數(shù)	Ksp=6.3×10-8	Ksp=2.79×10-39	Ka=1.7×10-5	Ka1=5.6×10-2 Ka2=5.4×10-5

回答下列問題：
（1）濾液①的主要成分是Na[Al（OH）₄]（填化學(xué)式，下同），濾液③中的陰離子除OH^-外主要還含有C₂O₄^2-、SO₄^2-．
（2）反應(yīng)②中H₂O₂改用鹽酸代替，不妥的原因是鹽酸反應(yīng)后會產(chǎn)生有毒氣體Cl₂同時鹽酸不能氧化二價亞鐵；寫出反應(yīng)②中鈷元素化合物與H₂O₂反應(yīng)的化學(xué)方程式2LiCoO₂+3H₂SO₄+H₂O₂=2CoSO₄+O₂↑+Li₂SO₄+4H₂O．
（3）減壓過濾就是抽濾，抽濾操作與普通過濾相比，除了得到沉淀較干燥外，還有一個優(yōu)點是過濾速度快．
（4）若濾液②中c（Co²⁺）=3.0mol•L^-1，加入等體積的（NH₄）₂C₂O₄后，鈷的沉降率達到99.9%，計算濾液③中 c（C₂O₄^2-）=4.2×10^-5mol•L^-1．
（5）采用有機物萃取Li⁺的方法可提取鋰．其中有機物中加入一定量Fe³⁺以提高萃取率，D為離子在有機層與水層的分配比．圖2是其他條件不變，水相的酸度與D_（H+）、D_（Li+）的變化圖象．解釋萃取液酸度控制在0.05mol•L^-1的原因可抑制萃取劑中Fe³⁺水解，同時此酸度時，Li⁺的萃取率較高．（寫2點）
（6）在反應(yīng)③中用草酸銨作沉淀劑，25℃時，（NH₄）₂C₂O₄溶液pH＜7（填“=”或“＞”或“＜”）．

Answer 1

分析 根據(jù)題中流程可知，廢舊鋰電池正極材料（含LiCoO₂、Al、Cu、Fe等）用氫氧化鈉溶液浸泡，鋁與氫氧化鈉反應(yīng)生成 偏鋁酸鈉，所以濾液①為Na[Al（OH）₄]溶液，過濾得濾渣①為LiCoO₂、Cu、Fe固體，濾渣中加酸溶解，再加雙氧水氧化亞鐵離子，同時還原Co³⁺，調(diào)節(jié)pH值，凈化除去銅元素和鐵元素得LiSO₄、CoSO₄溶液，再加入草酸銨得CoC₂O₄沉淀，過濾得濾液③為Li₂SO₄、（NH₄）₂C₂O₄、（NH₄）₂SO₄溶液，在濾液中加入碳酸鈉溶液，經(jīng)減壓過濾可得Li₂CO₃，據(jù)此答題；

解答 解：根據(jù)題中流程可知，廢舊鋰電池正極材料（含LiCoO₂、Al、Cu、Fe等）用氫氧化鈉溶液浸泡，鋁與氫氧化鈉反應(yīng)生成 偏鋁酸鈉，所以濾液①為Na[Al（OH）₄]溶液，過濾得濾渣①為LiCoO₂、Cu、Fe固體，濾渣中加酸溶解，再加雙氧水氧化亞鐵離子，同時還原Co³⁺，調(diào)節(jié)pH值，凈化除去銅元素和鐵元素得LiSO₄、CoSO₄溶液，再加入草酸銨得CoC₂O₄沉淀，過濾得濾液③為Li₂SO₄、（NH₄）₂C₂O₄、（NH₄）₂SO₄溶液，在濾液中加入碳酸鈉溶液，經(jīng)減壓過濾可得Li₂CO₃，
（1）根據(jù)上面的分析可知，濾液①的主要成分是Na[Al（OH）₄]，濾液③為Li₂SO₄、（NH₄）₂C₂O₄、（NH₄）₂SO₄溶液，所以濾液③中的陰離子除OH^-外主要還含有C₂O₄^2-、SO₄^2-，
故答案為：Na[Al（OH）₄]；C₂O₄^2-、SO₄^2-；
（2）反應(yīng)②中H₂O₂改用鹽酸代替，會產(chǎn)生氯氣污染空氣，同時鹽酸不能氧化亞鐵離子，反應(yīng)②中鈷元素化合物與H₂O₂反應(yīng)的化學(xué)方程式為2 LiCoO₂+3H₂SO₄+H₂O₂=2 CoSO₄+O₂↑+Li₂SO₄+4H₂O，
故答案為：鹽酸反應(yīng)后會產(chǎn)生有毒氣體Cl₂同時鹽酸不能氧化二價亞鐵；2 LiCoO₂+3H₂SO₄+H₂O₂=2 CoSO₄+O₂↑+Li₂SO₄+4H₂O；
（3）減壓過濾就是抽濾，抽濾操作與普通過濾相比，除了得到沉淀較干燥外，還有一個優(yōu)點是過濾速度快，
故答案為：過濾速度快；
（4）若濾液②中c（Co²⁺）=3.0mol•L^-1，加入等體積的（NH₄）₂C₂O₄后，鈷的沉降率達到99.9%，則沉淀后溶液中c（Co²⁺）=3.0×$\frac{1}{2}$×0.1%mol•L^-1=1.5×10^-3 mol•L^-1，所以濾液③中 c（C₂O₄^2-）=$\frac{Ksp（CoC{\;}_{2}O{\;}_{4}）}{c（C{o}^{2+}）}$=4.2×10^-5 mol•L^-1，
故答案為：4.2×10^-5 mol•L^-1；
（5）萃取液酸度控制在0.05mol•L^-1的可以抑制鐵離子的水解，同時，根據(jù)圖可知，此酸度時，Li⁺的萃取率較高，
故答案為：可抑制萃取劑中Fe³⁺水解，同時此酸度時，Li⁺的萃取率較高；
（6）由于氨水的K_a=1.7×10^-5，草酸的K_a2=5.4×10^-5，所以銨根離子的水解程度大于草酸根離子的水解程度，所以（NH₄）₂C₂O₄溶液pH＜7，
故答案為：＜．

點評 本題CoC₂O₄和Li₂CO₃的制備為載體，考查氧化還原反應(yīng)、化學(xué)工藝流程、離子濃度計算、鹽類的水解等，側(cè)重考查學(xué)生對化學(xué)反應(yīng)原理的理解，注意仔細審題，從題目中獲取關(guān)鍵信息，難度中等．