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氢氧化钴[Co(OH)2]是锂电池正极材料钴酸锂(LiCoO2)的前驱体,以废旧锂电池正极材料(含LiCoO2及少量Al、Fe等)为原料制备CoSO4溶液,以CoSO4溶液、NaOH溶液、氨水和水合肼为原料可制得微米级Co(OH)2
已知:①Co2+、Co3+易与NH3形成络合物,[Co(NH36]2+的还原性强于Co(OH)2和Co2+
②水合肼(N2H4⋅H2O)为无色油状液体,具有强还原性,氧化产物为N2
③沉淀的生成速率越快,颗粒越小,呈凝乳状成胶体,不易过滤。
(1)以废旧锂电池正极材料为原料制备CoSO4溶液。取一定量废旧锂电池正极材料,粉碎后与Na2SO3溶液混合配成悬浊液,边搅拌边加入1mol⋅L-1H2SO4溶液充分反应。LiCoO2转化为CoSO4、Li2SO4的化学方程式为
2LiCoO2+3H2SO4+Na2SO3=2CoSO4+Li2SO4+Na2SO4+3H2O
2LiCoO2+3H2SO4+Na2SO3=2CoSO4+Li2SO4+Na2SO4+3H2O
。从分液漏斗中滴入1mol⋅L-1H2SO4时,滴加速率不能太快且需要快速搅拌的原因是
使硫酸与悬浊液充分接触反应,防止局部酸性过强产生二氧化硫逸出(或提高钴的还原率)
使硫酸与悬浊液充分接触反应,防止局部酸性过强产生二氧化硫逸出(或提高钴的还原率)

(2)60℃时在搅拌下向溶液中加入氨水,调节pH至6后,再加入NaOH溶液,调节pH至9.5左右,一段时间后,过滤、洗涤,真空烘干得微米级Co(OH)2。制备时,在加入NaOH溶液前必须先加氨水的原因是
Co2+与NH3形成络合物[Co(NH36]2+,使溶液在Co2+的浓度减小,可以降低Co2+与OH-反应生成Co(OH)2沉淀的速率
Co2+与NH3形成络合物[Co(NH36]2+,使溶液在Co2+的浓度减小,可以降低Co2+与OH-反应生成Co(OH)2沉淀的速率

(3)经仪器分析,测得按题(2)步骤制得的Co(OH)2晶体结构中含有Co(Ⅲ),进一步用碘量法测得Co(Ⅱ)的氧化程度为8%。因此制备时必须加入一定量的还原剂。将500mL1mol⋅L-1的CoSO4溶液与氨水配成pH为6的溶液,加入三颈烧瓶中(装置见图-1),滴液漏斗a装有NaOH溶液、b中装有水合肼,60℃时依次将两种溶液加入三颈烧瓶,充分反应后,过滤,实验时应先打开滴液漏斗
b
b
(填“a”或“b”)。

(4)利用含钴废料(主要成分为Co3O4,还含有少量的石墨、LiCoO2等杂质)制备碳酸钴CoCO3
已知:①CoCO3几乎不溶于水,Li2CO3微溶于水,Co2+(以0.1mol⋅L-1)开始沉淀的pH为7.6;
②钴、锂在有机磷萃取剂(HR)中的萃取率与pH的关系如图-2所示;
③酸性条件下的氧化性强弱顺序为:Co3+>H2O2
请补充完整实验方案:取一定量含钴废料,粉碎后
向其中加入2mol/L稀硫酸和30%H2O2溶液,充分反应后过滤,向溶液中加入有机磷(HR);用2mol/LNaOH溶液调节pH为5.4左右(5.2~5.8之间),充分振荡后分液,向有机层中滴加2mol/L硫酸溶液,调节pH约为2,分液,边搅拌边向水层中滴加0.5mol/LNa2CO3溶液
向其中加入2mol/L稀硫酸和30%H2O2溶液,充分反应后过滤,向溶液中加入有机磷(HR);用2mol/LNaOH溶液调节pH为5.4左右(5.2~5.8之间),充分振荡后分液,向有机层中滴加2mol/L硫酸溶液,调节pH约为2,分液,边搅拌边向水层中滴加0.5mol/LNa2CO3溶液
,充分反应后,静置后过滤,洗涤、干燥得到CoCO3。实验中可选用的试剂:2mol⋅L-1H2SO4溶液、2mol⋅L-1NaOH溶液、有机磷(HR)、5mol⋅L-1Na2CO3溶液、0.5mol⋅L-1Na2CO3溶液、30%H2O2溶液。

【答案】2LiCoO2+3H2SO4+Na2SO3=2CoSO4+Li2SO4+Na2SO4+3H2O;使硫酸与悬浊液充分接触反应,防止局部酸性过强产生二氧化硫逸出(或提高钴的还原率);Co2+与NH3形成络合物[Co(NH36]2+,使溶液在Co2+的浓度减小,可以降低Co2+与OH-反应生成Co(OH)2沉淀的速率;b;向其中加入2mol/L稀硫酸和30%H2O2溶液,充分反应后过滤,向溶液中加入有机磷(HR);用2mol/LNaOH溶液调节pH为5.4左右(5.2~5.8之间),充分振荡后分液,向有机层中滴加2mol/L硫酸溶液,调节pH约为2,分液,边搅拌边向水层中滴加0.5mol/LNa2CO3溶液
【解答】
【点评】
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发布:2024/4/20 14:35:0组卷:12引用:1难度:0.4
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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
     
    (用离子方程式表示).
    (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
    在“除杂”步骤中,为除去Fe3+和Al3+,溶液的pH最大值应小于
     
    ,检验Fe3+已经除尽的试剂是
     
    ;当pH=5时,溶液中c(Al3+)=
     
    mol•L-1(已知常温下Ksp[Al(OH)3]=2.0×10-33).
    (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
     

    (5)a g烧渣经过上述工艺可得红氧化铁b g.药典标准规定,制得的红氧化铁中含氧化铁不得少于98.0%,则所选用的烧渣中铁的质量分数应不低于
     
    (用含a、b的表达式表示).

    发布:2025/1/19 8:0:1组卷:114引用:4难度:0.5
  • 2.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等杂质).用该烧渣制取药用辅料--红氧化铁的工艺流程如下:

    (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
     
    (用离子方程式表示).
    (3)根据下表数据:
    氢氧化物 Al(OH)3 Fe(OH)3 Fe(OH)2
    开始沉淀的pH 3.10 2.01 7.11
    完全沉淀的pH 4.77 3.68 9.61
    在“除杂”步骤中,为除去Fe3+和Al3+,溶液的pH最大值应小于
     
    ,检验
    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
     

    (6)a g烧渣经过上述工艺可得红氧化铁b g.药典标准规定,制得的红氧化铁中含氧化铁不得少于98.0%,则所选用的烧渣中铁的质量分数应不低于
     
    (用含a、b的表达式表示).

    发布:2025/1/19 8:0:1组卷:5引用:1难度:0.5
  • 3.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下:

    (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
     
    (用离子方程式表示).
    (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
    在“除杂”步骤中,为除去Fe3+和Al3+,溶液的pH最大值应小于
     
    ,常温下,当pH=5时,溶液中c(Al3+)=
     
    mol•L-1(已知常温下Ksp[Al(OH)3]═2.0×10-33).
    (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
     

    发布:2025/1/19 8:0:1组卷:12引用:1难度:0.5
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