Question

废旧锂离子电池的正极材料试样（主要含有LiCoO₂及少量Al、Fe等）可通过下列实验方法回收钴、锂．

（1）在上述溶解过程中，S₂O₃²ˉ被氧化成SO₄²ˉ，LiCoO₂在溶解过程中反应的离子方程式为

S₂O₃²ˉ+8LiCoO₂+22H⁺═2SO₄²ˉ+8Li⁺+8Co²⁺+11H₂O

．

沉淀物	开始沉淀pH	沉淀完全pH
Al（OH）3	3.0	5.2
Fe（OH）3	1.5	2.8
Fe（OH）2	7.6	9.7

（2）除杂时通入空气的目的

将Fe²⁺氧化成Fe³⁺

，所得的废渣成分为

Fe（OH）₃、Al（OH）₃

．从废渣中获得Al₂O₃的部分流程如图甲所示，括号表示加入的试剂，方框表示所得到的物质．则步骤I需要的玻璃仪器有

烧杯、漏斗、玻璃棒

，步骤Ⅱ中反应的离子方程式是

2AlO₂^-+CO₂+3H₂O═2Al（OH）₃↓+CO₃²ˉ或
AlO₂^-+CO₂+2H₂O═Al（OH）₃↓+HCO₃ˉ

．
（3）工业上，将Li₂CO₃粗品制备成高纯Li₂CO₃的部分工艺如图乙．
a．将Li₂CO₃溶于盐酸作电解槽的阳极液，LiOH溶液作阴极液，两者用离子选择透过膜隔开，用惰性电极电解．
b．电解后向LiOH溶液中加入过量NH₄HCO₃溶液，过滤、烘干得高纯Li₂CO₃．
①a中，阴极的电极反应式是

2H⁺+2e^-═H₂↑或2H₂O+2e^-═H₂+2OH^-

．
②b中，生成Li₂CO₃反应的化学方程式是

2LiOH+2NH₄HCO₃═Li₂CO₃↓+（NH₄）₂CO₃

．

Answer 1

分析：（1）酸性条件下，S₂O₃²ˉ被氧化成SO₄²ˉ，则LiCoO₂被氧化生成Co²⁺，根据离子方程式的书写规则，再根据氧化还原反应中得失电子结合原子守恒配平方程式；
（2）亚铁离子不稳定易被氧化生成铁离子，根据沉淀所需溶液的pH确定废渣的成分，过滤过程中需要的玻璃仪器是烧杯、漏斗、玻璃棒，偏铝酸盐能和二氧化碳反应生成氢氧化铝沉淀；
（3）①a中，阴极上氢离子放电生成氢气；
②b中，氢氧化锂和碳酸氢铵反应生成碳酸锂和碳酸铵．

解答：解：（1）根据题意知，酸性条件下，S₂O₃²ˉ被氧化成SO₄²ˉ，则LiCoO₂被氧化生成Co²⁺，所以发生的离子反应方程式为：S₂O₃²ˉ+8LiCoO₂+22H⁺═2SO₄²ˉ+8Li⁺+8Co²⁺+11H₂O，
故答案为：S₂O₃²ˉ+8LiCoO₂+22H⁺═2SO₄²ˉ+8Li⁺+8Co²⁺+11H₂O；
（2）亚铁离子不稳定，易被氧气氧化生成铁离子，所以除杂时通入空气的目的是将亚铁离子氧化生成铁离子，再将铁离子转化为氢氧化铁沉淀，从而除去亚铁离子；根据表格知，pH为5-6时，铁离子和铝离子完全转化为沉淀，所以废渣的成分是Fe（OH）₃、Al（OH）₃；分离固体和溶液的方法是过滤，过滤过程中需要的玻璃仪器是烧杯、漏斗、玻璃棒；步骤I中，废渣中的铝和氢氧化钠反应生成偏铝酸钠，步骤II中，向偏铝酸钠溶液中通入过量的二氧化碳，使偏铝酸钠转化为氢氧化铝，反应离子方程式为2AlO₂^-+CO₂+3H₂O═2Al（OH）₃↓+CO₃²ˉ或AlO₂^-+CO₂+2H₂O═Al（OH）₃↓+HCO₃^-，
故答案为：将Fe²⁺氧化成Fe³⁺； Fe（OH）₃、Al（OH）₃；烧杯、漏斗、玻璃棒；2AlO₂^-+CO₂+3H₂O═2Al（OH）₃↓+CO₃²ˉ或AlO₂^-+CO₂+2H₂O═Al（OH）₃↓+HCO₃ˉ；
（3）①a中，阴极上氢离子放电生成氢气，电极反应式为：2H⁺+2e^-═H₂↑或2H₂O+2e^-═H₂+2OH^-，
故答案为：2H⁺+2e^-═H₂↑或2H₂O+2e^-═H₂+2OH^-；
②b中，氢氧化锂和碳酸氢铵反应生成碳酸锂和碳酸铵，反应方程式为2LiOH+2NH₄HCO₃═Li₂CO₃↓+（NH₄）₂CO₃，
故答案为：2LiOH+2NH₄HCO₃═Li₂CO₃↓+（NH₄）₂CO₃．

点评：本题考查了离子方程式的书写、电极反应式的书写、氧化还原反应等知识点，难度较大，明确物质的性质是解本题的关键，知道氢氧化铝是重要的两性氢氧化物，能与强酸和强碱反应生成盐．