以废旧锂离子电池的正极材料[活性物质为LixCoO2(x≤1)、附着物为炭黑、聚乙烯醇粘合剂、淀粉等]为原料,制备纳米钴粉和Co3O4。

(1)预处理。将正极材料研磨成粉末后进行高温煅烧。高温煅烧的目的是 除去正极材料中的炭黑、聚乙烯醇、淀粉等物质除去正极材料中的炭黑、聚乙烯醇、淀粉等物质。
(2)浸出。将煅烧后的粉末(含LixCoO2和少量难溶杂质)与硫酸混合,得到悬浊液,加入图-1所示的烧瓶中。控制温度为75°C,边搅拌边通过分液漏斗滴加双氧水,充分反应后,滤去少量固体残渣,得到Li2SO4、CoSO4和硫酸的混合溶液。浸出实验中当观察到 圆底烧瓶中不再产生气泡圆底烧瓶中不再产生气泡,可以判断反应结束,不再滴加双氧水。

(3)制钴粉。向浸出后的溶液中加入NaOH调节pH,接着加入N2H4⋅H2O可以制取单质钴粉,同时有N2生成。已知不同pH时Co(Ⅱ)的物种分布图如图-2所示。Co2+可以和柠檬酸根离子(C6H5O3-7)生成配合物[CoC6H5O7]-。
①写出pH=9时制钴粉的离子方程式:Co4(OH)44++2N2H4•H2O+4OH-=4Co↓+2N2↑+10H2OCo4(OH)44++2N2H4•H2O+4OH-=4Co↓+2N2↑+10H2O。
②pH>10后所制钴粉中由于含有Co(OH)2而导致纯度降低。若向pH>10的溶液中加入柠檬酸钠(Na3C6H5O7),可以提高钴粉的纯度,原因是 Co2+与柠檬酸钠反应生成配合物[CoC6H5O7]-,能抑制Co(OH)2的生成或促进Co(OH)2的溶解Co2+与柠檬酸钠反应生成配合物[CoC6H5O7]-,能抑制Co(OH)2的生成或促进Co(OH)2的溶解。
(4)请补充完整由浸取后滤液先制备CoC2O4⋅2H2O,并进一步制取Co3O4的实验方案:取浸取后滤液,边搅拌边加入2 mol•L-1 (NH4)2C2O4溶液,当静置时上层清液中加入(NH4)2C2O4溶液不再产生沉淀时,停止滴加,过滤,用蒸馏水洗涤至取最后一次洗涤滤液加入0.1 mol•L-1 BaCl2溶液时无沉淀生成,将固体在400℃~800℃下加热,当残余固体质量不再发生变化后停止加热边搅拌边加入2 mol•L-1 (NH4)2C2O4溶液,当静置时上层清液中加入(NH4)2C2O4溶液不再产生沉淀时,停止滴加,过滤,用蒸馏水洗涤至取最后一次洗涤滤液加入0.1 mol•L-1 BaCl2溶液时无沉淀生成,将固体在400℃~800℃下加热,当残余固体质量不再发生变化后停止加热,得到Co3O4。[已知:Li2C2O4易溶于水,CoC2O4难溶于水,CoC2O4⋅2H2O在空气中加热时的固体残留率(剩余固体质量原固体质量×100%)与随温度的变化如图-3所示。实验中需使用的试剂有:2mol⋅L-1(NH4)2C2O4溶液、0.1mol⋅L-1BaCl2溶液]
(5)用下列实验可以测定LixCoO2的组成:
实验1:准确称取一定质量的LixCoO2样品,加入盐酸,加热至固体完全溶解(溶液中的金属离子只存在Li+和Co2+),冷却后转移到容量瓶中并定容至100mL。
实验2:移取25.00mL实验1容量瓶中溶液,加入指示剂,用0.01000mol⋅L-1 EDTA(Na2H2Y)溶液滴定至终点(滴定反应为Co2++Y4-=CoY2-),平行滴定3次,平均消耗EDTA溶液25.00mL。
实验3:准确称取与实验1中等质量的LixCoO2样品,加入一定量的硝酸和H2O2溶液,加热至固体完全溶解。冷却后转移到容量瓶中并定容至100mL。移取10.00mL溶液,通过火焰原子吸收光谱法测定其中Li+浓度为6.000×10-3mol⋅L-1。
计算LixCoO2样品的化学式,并写出计算过程 设25.00mL溶液中含有n(Co2+ )=ymol,则根据方程式Co2++Y4-=CoY2-,可得y=0.0100mol/L×0.025L=0.00025mol,根据题中已知信息,取样品配制100mL,而移取25.00mL,所以100mL样品中含有n(Co)=n(Co2+)=0.00025mol×10025=0.001mol;由实验3可知100mL样品中:n(Li)=6.000×10-3×0.1L=0.0006mol,则n(Li):n(Co)=x:1=0.0006mol:0.001mol=0.6,则x=0.6,所以化学式为Li0.6CoO2设25.00mL溶液中含有n(Co2+ )=ymol,则根据方程式Co2++Y4-=CoY2-,可得y=0.0100mol/L×0.025L=0.00025mol,根据题中已知信息,取样品配制100mL,而移取25.00mL,所以100mL样品中含有n(Co)=n(Co2+)=0.00025mol×10025=0.001mol;由实验3可知100mL样品中:n(Li)=6.000×10-3×0.1L=0.0006mol,则n(Li):n(Co)=x:1=0.0006mol:0.001mol=0.6,则x=0.6,所以化学式为Li0.6CoO2。
O
3
-
7
剩余固体质量
原固体质量
100
25
100
25
【考点】制备实验方案的设计;探究物质的组成或测量物质的含量.
【答案】除去正极材料中的炭黑、聚乙烯醇、淀粉等物质;圆底烧瓶中不再产生气泡;Co4(OH)44++2N2H4•H2O+4OH-=4Co↓+2N2↑+10H2O;Co2+与柠檬酸钠反应生成配合物[CoC6H5O7]-,能抑制Co(OH)2的生成或促进Co(OH)2的溶解;边搅拌边加入2 mol•L-1 (NH4)2C2O4溶液,当静置时上层清液中加入(NH4)2C2O4溶液不再产生沉淀时,停止滴加,过滤,用蒸馏水洗涤至取最后一次洗涤滤液加入0.1 mol•L-1 BaCl2溶液时无沉淀生成,将固体在400℃~800℃下加热,当残余固体质量不再发生变化后停止加热;设25.00mL溶液中含有n(Co2+ )=ymol,则根据方程式Co2++Y4-=CoY2-,可得y=0.0100mol/L×0.025L=0.00025mol,根据题中已知信息,取样品配制100mL,而移取25.00mL,所以100mL样品中含有n(Co)=n(Co2+)=0.00025mol×=0.001mol;由实验3可知100mL样品中:n(Li)=6.000×10-3×0.1L=0.0006mol,则n(Li):n(Co)=x:1=0.0006mol:0.001mol=0.6,则x=0.6,所以化学式为Li0.6CoO2
100
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【解答】
【点评】
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发布:2024/6/27 10:35:59组卷:28引用:1难度:0.5
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1.硫铁矿烧渣是硫铁矿生产硫酸过程中产生的工业废渣(主要含Fe2O3及少量SiO2、Al2O3、CaO、MgO等杂质).用该烧渣制取药用辅料--红氧化铁的工艺流程如图:
(1)在“还原焙烧”中产生的有毒气体可能有
(2)“酸浸”时间一般不超过20min,若在空气中酸浸时间过长,溶液中Fe2+含量将下降,其原因是
(3)根据下表数据:氢氧化物 Al(OH)3 Mg(OH)2 Fe(OH)3 Fe(OH)2 开始沉淀的pH 3.10 8.54 2.01 7.11 完全沉淀的pH 4.77 11.04 3.68 9.61
(4)“中和合成”的目的是将溶液中Fe2+转变为碳酸亚铁沉淀,则A的操作是
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Fe3+已经除尽的试剂是
(4)“中和合成”的目的是将溶液中Fe2+转变为碳酸亚铁沉淀,则操作B是
(5)煅烧A的反应方程式是
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