Question

【題目】鈷鐵氧體（CoFe2O4）不僅是重要的磁性材料、磁致伸縮材料，還是重要的鋰離子電池負極材料。工業上，可以由廢舊鋰鈷電池正極材料（主要含Fe、Al、硅等雜質）回收鈷，再用電化學法制得CoFe2O4。其流程如圖所示（過程中所加試劑均足量）

Ⅰ．廢舊電池中鈷的回收

（1）含鋁濾液中，鋁元素的存在形式為________（寫化學式）；硅在過程_____（填序號）與鈷分離。

（2）寫出過程②中LiCoO2與H2O2發生反應的化學方程式____________________________。

（3）過程③Na2CO3的主要作用為________________________________________。

Ⅱ．電解法制得鈷鐵合金

（4）配制 0.050molL-1 FeSO4和0.025molL-1 CoSO4的混合溶液，用銅作陰極、石墨作陽極進行電解，獲得CoFe2合金。陰極的電極方程式為____________________________________。

Ⅲ．陽極氧化法制得鈷鐵氧體

（5）以1.500molL1NaOH溶液作電解液，純凈的鈷鐵合金（CoFe2）作陽極進行電解，在陽極上獲得CoFe2O4薄膜。該電解過程的化學方程式為_________________________。

（6）當電路上有0.4mol電子轉移時，陽極電極材料增重質量為3.4g，與理論值不符，其原因可能為______________________________________________。

（7）由廢舊鋰鈷電池制CoFe2O4的現實意義在于：______________________（寫一條即可）。

Answer 1

【答案】NaAlO2或AlO2- ① 2LiCoO2+H2O2+3H2SO4=2CoSO4+O2↑+ Li2SO4+4H2O 調節pH，使Fe3+沉淀分離 Co2++2Fe2++6e-=CoFe2 電極上同時生成了Co和Fe的氫氧化物 合理利用廢棄物；變廢為寶；減少重金屬污染（寫一條即可）

【解析】

廢舊鋰鈷電池正極材料（主要含Fe、Al、硅等雜質），用氫氧化鈉溶液浸泡溶解，雜質Al、硅與氫氧化鈉反應，轉化為偏鋁酸鈉和硅酸鈉，過濾后得到的濾渣中含有LiCoO2和雜質Fe，在硫酸和雙氧水的作用下將單質鐵雜質轉化為鐵離子，LiCoO2與H2O2發生氧化還原反應，酸性條件下，雙氧水將LiCoO2的鈷元素氧化為鈷離子，再加入Na2CO3調節溶液pH，使Fe3+沉淀與溶液中的鈷離子分離，加入萃取劑，將鋰離子與溶液分離，分液后得到含有硫酸鈷的溶液。

（1）由廢舊鋰鈷電池正極材料（主要含Fe、Al、硅等雜質）回收鈷，一般除雜試劑要過量，Al和過量的氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉，雜質中的硅單質也可與氫氧化鈉反應，可在第一步堿溶中和金屬鋁一并除去；

（2）根據流程轉化LiCoO2與H2O2發生氧化還原反應，酸性條件下，雙氧水將LiCoO2的鈷元素氧化為鈷離子，化學方程式2LiCoO2+H2O2+3H2SO4=2CoSO4+O2↑+ Li2SO4+4H2O；

（3）過程③中，在硫酸和雙氧水的作用下將單質鐵雜質轉化為鐵離子，再加入Na2CO3調節溶液pH，使Fe3+沉淀與溶液中的鈷離子分離；

（4）陰極上，溶液中的Co2+和Fe2+得到電子，轉化為CoFe2，陰極的電極方程式為Co2++2Fe2++6e－=CoFe2；

（5）NaOH溶液作電解液，相當于電解水，陰極上產生氫氣，鈷鐵合金（CoFe2）作陽極，活性電極參與電極反應，合金CoFe2和氫氧根離子失電子變為CoFe2O4， 該電解過程的化學方程式為；

（6）陽極電極材料增重質量為氧的質量，根據，生成1mol CoFe2O4時，轉移8mol電子，當電路上有0.4mol電子轉移時，生成0.05mol CoFe2O4，增加的質量為0.05mol×4×16g/mol=3.2g<3.4g，說明陽極上除了產生CoFe2O4外，還產生了其他物質，原因可能是：陽極鈷鐵合金（CoFe2）在失電子過程中轉化為鐵離子和鈷離子，與電解質溶液中的氫氧根離子結合，形成了Co和Fe的氫氧化物；

（7）由廢舊鋰鈷電池制CoFe2O4可對廢棄物進行回收再利用，可減少重金屬離子對環境的污染。