Question

【題目】目前鋰電池的應用日益廣泛，而廢舊鋰電池的回收利用是十分重要的課題。回收利用廢舊鋰電池的流程如下：

已知：①鋰電池廢料的主要成分是LiCoO2、鋁、炭黑及其他雜質。

②“溶液A”中主要金屬離子是Co2+、Li+，還含有少量Fe3+、Al3+、Cu2+。

請回答：

(1)步驟Ⅰ中鋁溶解的離子方程式為_____；

步驟Ⅲ中LiCoO2固體溶解的化學方程式為_______；

(2)關于步驟Ⅱ，下列實驗操作或說法合理的是_________

A．灼燒前，灼燒使用的蒸發(fā)皿洗凈后不需要擦干，然后加入固體X進行灼燒

B．灼燒時需要用玻璃棒不斷攪拌

C．灼燒至恒重是指前后兩次稱量所得質量之差不得超過一定的允許誤差，這個允許誤差一定為0.01g

D．在電解熔融的Al2O3制備金屬鋁時，通常需加入冰晶石(NaAlF6)以增強其導電性

(3)步驟Ⅳ中除雜時可加入氨水調節(jié)溶液的pH，實驗表明溶液A中各種金屬離子的沉淀率隨pH的變化如下圖所示，則步驟Ⅳ中可除去的雜質離子是_________。

(4)步驟Ⅴ可采用酸堿滴定法測定碳酸鋰的純度。滴定原理如下：碳酸鋰能夠與鹽酸反應生成氯化鋰和二氧化碳，在碳酸鋰未完全反應時，溶液保持中性(pH=7)。反應完全后，隨著鹽酸的繼續(xù)滴入，溶液pH下降，以甲基紅—溴甲粉綠為指示劑，用鹽酸標準液滴定試樣，用消耗鹽酸標準滴定溶液的量來計算碳酸鋰的含量。

①配制約0.30molL-1鹽酸溶液不需要用到的儀器有________(填編號)

a.量筒b.電子天平c.漏斗d.燒杯e.容量瓶f.玻璃棒g.膠頭滴管

②用0.3000molL-1鹽酸標準溶液滴定，其中正確操作步驟的順序為________

a．加入0.1-0.2mL甲基紅—溴甲粉綠作指示劑；

b．煮沸去除CO2，再冷卻到室溫；

c．將試樣置于250mL錐形瓶中，加入20mL水溶解；

d．用鹽酸標準液滴定至試液由綠色變成酒紅色；

e．繼續(xù)滴定至酒紅色(滴定突躍區(qū)域)即為終點

③碳酸鋰的純度可用下式計算：ω=，其中：ω—碳酸鋰試樣的純度；m—碳酸鋰試樣的質量(g)；c—鹽酸標準液的濃度(molL-1)V1—試樣滴定時消耗鹽酸的體積(mL)；V0—滴定空白溶液(指不加試樣進行滴定)時標準鹽酸消耗的體積(mL)，0.03694—與1.00mL標準鹽酸(c=1.000molL-1)相當?shù)奶妓徜嚨馁|量(g)。

滴定空白溶液的目的是_________，上述滴定操作中，缺少“煮沸去除CO2，再冷卻到室溫”這個步驟，測定結果將_________(填“偏大”、“偏小”、“無影響”)。

Answer 1

【答案】2Al+2OH-+2H2O＝2+3H2↑或 2Al+2OH-+6H2O==2[Al(OH)4]- +3H2↑ 2LiCoO2+H2O2+3H2SO4＝Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O B Fe3+、Al3+ bc cadbe 以消除實驗中的試劑、操作等綜合因素造成的滴定誤差 偏小

【解析】

鋰電池廢料中含有LiCoO2、鋁、炭黑，將廢料先用堿液浸泡，將Al充分溶解，過濾后得到的濾液中含有偏鋁酸鈉，在浸出液中加入稀硫酸生成氫氧化鋁，灼燒、電解可得到鋁，濾渣中含有LiCoO2，將濾渣用雙氧水、硫酸處理后生成Li2SO4、CoSO4，反應的離子方程式為：2LiCoO2+H2O2+3H2SO4=Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O，題給信息可知A溶液主要的金屬離子是Co2+、Li+，還含有少量Fe3+、Al3+、Cu2+，經(jīng)除雜后加入草酸銨，可得到CoC2O4固體，母液中含有Li+，加入飽和碳酸鈉溶液后過濾，最后得到碳酸鋰固體，以此解答該題。

(1)步驟Ⅰ中，鋁與氫氧化鈉反應生成偏鋁酸鈉，離子方程式為2Al+2OH-+2H2O＝2+3H2↑或2Al+2OH-+6H2O==2[Al(OH)4]-+3H2↑；步驟Ⅲ中，反應物有LiCoO2、雙氧水、硫酸，生成物有Li2SO4和CoSO4，LiCoO2中Co化合價降低，則H2O2化合價升高生成O2，所以化學方程式為2LiCoO2+H2O2+3H2SO4＝Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O；

(2)步驟Ⅱ將氫氧化鋁，灼燒、電解后得到鋁，

A．蒸發(fā)皿一般用于蒸發(fā)溶液，氫氧化鋁為固體，一般用坩堝灼燒，A錯誤；

B．灼燒時需要用玻璃棒不斷攪拌，避免局部過熱，引起蹦濺，B正確；

C．在重量分析法中，經(jīng)烘干或灼燒的坩堝或沉淀，前后兩次稱重之差小于0.2mg，C錯誤；

D．在電解熔融的Al2O3制備金屬鋁時，通常需加入冰晶石(NaAlF6)，目的是降低氧化鋁的熔點，D錯誤。

答案選B；

(3)如圖可知pH<5.0時，Co2+不生成沉淀，而Fe3+、Al3+易生成沉淀而除去，所以可除去的雜質離子是Fe3+、Al3+；

(4)①配制約0.30molL-1鹽酸溶液需要的儀器有量筒、燒杯、容量瓶、玻璃棒、膠頭滴管，則不需要用到的儀器有bc；

②用0.3000molL-1鹽酸標準溶液滴定，大體步驟為：取樣于錐形瓶中，加水溶解；加入指示劑；用鹽酸標準液滴定至指示劑變色；煮沸去除CO2，再冷卻；繼續(xù)滴定至指示劑變色即為滴定終點，所以順序為cadbe；

③滴定空白溶液的目的是消除實驗中的試劑、操作等綜合因素造成的滴定誤差；上述滴定操作中，如缺少煮沸去除CO2，則CO2溶于水使溶液呈酸性，所加鹽酸體積偏少，所以測定結果將偏小。