Question

【題目】鈷酸鋰(LiCoO2)可用作鋰離子電池的電極材料。以紅土鎳礦為原料制備LiCoO2的工藝流程如圖：

已知：①紅土鎳礦的主要成分有Fe2O3、FeO、SiO2、Al2O3、CoO、NiO等。

②20℃時，生成氫氧化物沉淀的pH

離子	Fe2+	Fe3+	Al3+	Ni2+	Co2+
開始沉淀	7.0	1.9	3.4	7.2	7.1
沉淀完全	9.0	3.2	4.7	9.2	9.1

注：金屬離子起始濃度為0.1mol/L

（1）上述流程中能加快反應速率的措施有__。

（2）H2O2的作用是將Fe2+氧化為Fe3+。

①加入H2O2發生反應的離子方程式是__。

②濾渣2的主要成分是__（寫化學式）。

（3）萃取劑RH可用于對溶液中的Ni2+、Co2+進行分離與富集：Co2+(水相)+2RH(有機相)CoR2(有機相)+2H+(水相)

①萃取劑濃度對溶液中Ni2+、Co2+的萃取率影響如圖所示，萃取劑濃度的最佳取值為__mol/L。

②在__（填“強堿性”或“強酸性”）介質中反萃取，使萃取劑再生而循環利用。

（4）向反萃取后的水溶液中加入稍過量NH4HCO3，得到CoCO3沉淀。將CoCO3與Li2CO3按n(Li)：n(Co)=1的比例混合，鼓入空氣，高溫燒結，得到Li2CoO2。

①得到CoCO3沉淀的離子方程式是__。

②若使用(NH4)2CO3做沉淀劑，產物中會混有Co2(OH)2CO3，這是因為__。

③在空氣中燒結反應的化學方程式是__。

Answer 1

【答案】研磨加熱 H2O2+2Fe2++2H+=2Fe3++2H2O Fe(OH)3、Al(OH)3 0.025 強酸性 Co2++2HCO=CoCO3↓+H2O+CO2↑ 相同條件下，(NH4)2CO3堿性更強，且Co2(OH)2CO3的溶解度小 4CoCO3+2Li2CO3+O24LiCoO2+6CO2

【解析】

紅土鎳礦經過研磨增大酸浸時的接觸面積，加硫酸后金屬氧化物溶解得到相應的硫酸鹽，二氧化硅不溶于硫酸成為濾渣1，濾液1中加過氧化氫將亞鐵離子氧化成三價鐵離子，調劑pH到5使鐵離子和鋁離子轉變成氫氧化物沉淀，濾渣2為氫氧化鋁和氫氧化鐵，濾液2進行萃取得到有機相，再反萃取，經過處理得到鈷酸鋰(LiCoO2)，據此分析解答。

(1)研磨可以增大反應物間的接觸面積，提高反應速率，加熱、升高溫度能增大反應速率，故答案為：研磨、加熱；

(2) ①H2O2的作用是將Fe2+氧化為Fe3+，加入H2O2發生反應H2O2+2Fe2++2H+=2Fe3++2H2O，故答案為：H2O2+2Fe2++2H+=2Fe3++2H2O；

②根據以上分析濾渣2主要成分是氫氧化鋁和氫氧化鐵，故答案為：Fe(OH)3、Al(OH)3；

(3) ①根據萃取劑濃度對溶液中Ni2+、Co2+的萃取率影響圖可知，當萃取劑濃度的為0.025 mol/L時，Co的萃取率相對較高，且此時Ni的萃取率接近0，故答案為：0.025；

②根據萃取反應平衡Co2+(水相)+2RH(有機相)CoR2(有機相)+2H+(水相)可知，酸性增強時平衡逆向移動，有利于Co重新進入水相，故答案為：強酸性；

(4) ①向反萃取后的水溶液中加入稍過量NH4HCO3，得到CoCO3沉淀，發生的反應為：Co2++2HCO=CoCO3↓+H2O+CO2↑，故答案為：Co2++2HCO=CoCO3↓+H2O+CO2↑；

②若使用(NH4)2CO3做沉淀劑，產物中會混有Co2(OH)2CO3，主要因為碳酸根離子的水解程度比碳酸氫根離子強，溶液的堿性更強，且Co2(OH)2CO3的溶解度小，故答案為：相同條件下，(NH4)2CO3堿性更強，且Co2(OH)2CO3的溶解度小；

③將CoCO3與Li2CO3按n(Li)：n(Co)=1的比例混合，鼓入空氣，高溫燒結，得到Li2CoO2，反應中Co元素的化合價由+2價升至+3價，O元素的化合價由0價降至-2價，根據得失電子守恒和原子守恒，反應的方程式為：4CoCO3+2Li2CO3+O24LiCoO2+6CO2，故答案為：4CoCO3+2Li2CO3+O24LiCoO2+6CO2；