Question

5．工業(yè)上回收利用某合金廢料（主要含F(xiàn)e、Cu、Al、Co、Li等，已知Co、Fe都是中等活潑金屬）的工藝流程如下：

已知：K_sp[Cu（OH）₂]=4.0×10^-21，K_sp[Al（OH）₃]=1.0×10^-32，K_sp[Fe（OH）₃]=1.0×10^-38，K_sp[Fe（OH）₂]=8.0×10^-19．pH=7.3時Li⁺或Co³⁺開始沉淀．
（1）金屬M為Cu．
（2）①加入H₂O₂的作用是（用離子方程式表示）2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
②氨水的作用是調(diào)節(jié)溶液的pH，室溫下，使溶液中雜質(zhì)離子剛好沉淀完全而全部除去（濃度小于1.0×10^-5mol•L^-1）．需調(diào)節(jié)溶液pH范圍為5.0＜pH＜7.3．
（3）充分焙燒的化學方程式為4CoC₂O₄?2H₂O+3O₂$\frac{\underline{\;焙燒\;}}{\;}$2Co₂O₃+8 H₂O+8CO₂．
（4）已知Li₂CO₃微溶于水，其飽和溶液的濃度與溫度關(guān)系見下表．操作2中，蒸發(fā)濃縮后必須趁熱過濾，其原因是減少Li₂CO₃的溶解損失．

溫度/℃	10	30	60	90
濃度/mol?L-1	0.21	0.17	0.14	0.10

（5）用惰性電極電解熔融Li₂CO₃制取鋰，陽極生成兩種氣體，則陽極的電極反應式為2CO₃^2--4e^-=O₂↑+CO₂↑．
（6）①用Li、Co形成某鋰離子電池的正極是LiCoO₂，含Li⁺導電固體為電解質(zhì)．充電時，Li⁺還原為Li，并以原子形式嵌入電池負極材料碳-6（C₆）中（如圖a）．電池反應為Li_xC₆+Li_1-xCoO₂$?_{充電}^{放電}$C₆+LiCoO₂，
寫出該電池放電時的負極反應式Li_xC₆-xe^-=C₆+xLi⁺．
②鋰硫電池的總反應為：2Li+S$?_{充電}^{放電}$Li₂S，圖b表示用鋰離子電池給鋰硫電池充電，請在圖b的電極中填寫“Li”或“S”，以達到給鋰硫電池充電的目的．

Answer 1

分析 合金廢料（主要含F(xiàn)e、Cu、Co、Li等，已知Co、Fe都是中等活潑金屬）加入鹽酸過濾得到金屬M為不與鹽酸反應的銅，浸出液中加入過氧化氫氧化亞鐵離子為鐵離子，加入氨水調(diào)節(jié)溶液PH使鐵離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀、鋁離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鋁沉淀，通過操作Ⅰ過濾得到溶液A中加入草酸銨溶液沉淀鈷離子過濾得到溶液B主要是鋰離子的溶液，加入碳酸鈉沉淀鋰離子，過濾得到碳酸鋰；結(jié)晶析出CoC₂O₄•2H₂O足量空氣煅燒得到氧化鈷；
（2）加入H₂O₂的作用是氧化亞鐵離子為鐵離子；由于K_sp[Al（OH）₃]＞K_sp[Fe（OH）₃]，當鋁離子沉淀完全時，鐵離子已經(jīng)沉淀完全，所以根據(jù)K_sp[Al（OH）₃]=c³（OH^-）•c（Al³⁺）計算出溶液中氫氧根離子的濃度，再計算出溶液的pH值；
（3）CoC₂O₄焙燒生成Co₂O₃、CO₂和水；
（4）Li₂CO₃微溶于水，溶解度隨溫度升高而降低，為減少Li₂CO₃的溶解損失，蒸發(fā)濃縮后必須趁熱過濾；
（5）用惰性電極電解熔融Li₂CO₃制取鋰，陽極生成兩種氣體，應為二氧化碳和氧氣；
（6）①放電時，該裝置為原電池，負極上失電子發(fā)生氧化反應；
②在Li、Co形成的鋰離子電池中，碳-6（C₆）為負極，給電池2Li+S$?_{充電}^{放電}$Li₂S充電時，Li電極應與電源的負極相連，據(jù)此畫圖．

解答 解：合金廢料（主要含F(xiàn)e、Cu、Co、Li等，已知Co、Fe都是中等活潑金屬）加入鹽酸過濾得到金屬M為不與鹽酸反應的銅，浸出液中加入過氧化氫氧化亞鐵離子為鐵離子，加入氨水調(diào)節(jié)溶液PH使鐵離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀、鋁離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鋁沉淀，通過操作Ⅰ過濾得到溶液A中加入草酸銨溶液沉淀鈷離子過濾得到溶液B主要是鋰離子的溶液，加入碳酸鈉沉淀鋰離子，過濾得到碳酸鋰；結(jié)晶析出CoC₂O₄•2H₂O足量空氣煅燒得到氧化鈷，
（1）上述分析判斷金屬M為Cu，
故答案為：Cu；
（2）加入H₂O₂的作用是氧化亞鐵離子為鐵離子，反應的離子方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；使溶液中雜質(zhì)離子剛好沉淀完全而全部除去（濃度小于1.0×10^-5mol•L^-1），由于K_sp[Al（OH）₃]＞K_sp[Fe（OH）₃]，當鋁離子沉淀完全時，鐵離子已經(jīng)沉淀完全，所以根據(jù)K_sp[Al（OH）₃]=c³（OH^-）•c（Al³⁺）可知c（OH^-）=$\root{3}{\frac{1×1{0}^{-33}}{1×1{0}^{-5}}}$=1×10^-9mol•L^-1，所以此時溶液的pH值為5，同時要使Li⁺或Co³⁺不沉淀，則pH＜7.3，所以要調(diào)節(jié)溶液的pH值為5.0＜pH＜7.3，
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；5.0＜pH＜7.3；
（3）CoC₂O₄焙燒生成Co₂O₃、CO₂和水，反應的化學方程式為4CoC₂O₄?2H₂O+3O₂$\frac{\underline{\;焙燒\;}}{\;}$2Co₂O₃+8 H₂O+8CO₂，
故答案為：4CoC₂O₄?2H₂O+3O₂$\frac{\underline{\;焙燒\;}}{\;}$2Co₂O₃+8 H₂O+8CO₂；
（4）Li₂CO₃微溶于水，溶解度隨溫度升高而降低，為減少Li₂CO₃的溶解損失，蒸發(fā)濃縮后必須趁熱過濾，
故答案為：減少Li₂CO₃的溶解損失；
（5）用惰性電極電解熔融Li₂CO₃制取鋰，陽極生成兩種氣體，應為二氧化碳和氧氣，電極方程式為2CO₃^2--4e^-=O₂↑+CO₂↑，
故答案為：2CO₃^2--4e^-=O₂↑+CO₂↑；
（6）①放電時，該裝置為原電池，負極上鋰失電子發(fā)生氧化反應，電極反應式為Li_xC₆-xe^-=C₆+xLi⁺，
故答案為：Li_xC₆-xe^-=C₆+xLi⁺；
②在Li、Co形成的鋰離子電池中，碳-6（C₆）為負極，給電池2Li+S$?_{充電}^{放電}$Li₂S充電時，Li電極應與電源的負極相連，如圖所示，
故答案為：．

點評 本題主要考查物質(zhì)的分離提純的綜合應用，為高頻考點，側(cè)重于學生的分析能力和實驗能力、計算能力的考查，綜合性強，注意把握實驗的流程和原理，難度較大．