【好题精选】钴酸锂电池化工流程题【热点题材试题】

微专题：钴酸锂电池化工流程题（热点题材试题）1．（2020广东高三）实验室里，从废旧钴酸锂离子电池的正极材料(在铝箔上涂覆活性物质LiCoO2)中，回收钴、锂的操作流程如图所示：回答下列问题：(1)拆解废旧电池获取正极材料前，先将其浸入NaCl 溶液中，使电池短路而放电，此时溶液温度升高，该过程中能量的主要转化方式为___________________________________________(2)“碱浸”过程中产生的气体是_______________；“过滤”所得滤液用盐酸处理可得到氢氧化铝，反应的化学方程式为_________________________________________________________________________(3)“酸浸”时主要反应的离子方程式为_________________________________________________________；若硫酸、Na2S2O3溶液用一定浓度的盐酸替代，也可以达到“酸浸”的目的，但会产生_________(填化学式)污染环境。

(4)“沉钴”时，调pH 所用的试剂是_________________；“沉钴”后溶液中c(Co2+)=_________________。

(已知：Ksp[Co(OH)2]=1.09×l0-15)(5)根据如图判断，“沉锂”中获得Li2CO3固体的操作主要包括_________________、_______________、洗涤、干燥等步骤。

2．（2020安徽高三）已知某钴酸锂(LiCoO2)电池中含有少量的铝、铁、碳等单质。

为实现绿色环保，某化学兴趣小组在实验室尝试对废旧钴酸锂电池进行回收再利用，实验流程如下：已知：Fe3+和C2O42-结合生成较稳定的[Fe(C2O4)3]3-；在强酸性条件下，[Fe(C2O4)3]3-分解生成Fe3+。

回答下列问题：(l)操作①中使用的主要玻璃仪器有_______________________________________________(2)溶液①到固体②的离子方程式为_______________________________________________(3)已知溶液③中含有CoCl2、LiCl等溶质，则LiCoO2和盐酸反应的化学方程式为______________________________________________________________________________(4)向溶液③中加入草酸铵得到CoC2O4．2H2O固体的实验操作为______________、_______________、过滤、洗涤、干燥。

(5)能说明Li2CO3固体已洗涤干净的实验操作方法是____________________________________________ __________________________________________________________________________________________ (6)溶液⑤中铁元素以离子___________填离子符号)形式存在，然后加入__________(填化学式)试剂，再进行后续操作。

(7)已知固体失重率为对应温度下样品失重的质量与样品的初始质量之比。

现在空气中加热一定质量的CoC2O4．2H2O固体样品时，若在300--350℃时其固体失重率为59.0%，则生成的固体为__________(填化学式)。

3．（2020广西高三）2019年诺贝尔化学奖颁给了日本吉野彰等三人，以表彰他们对锂离子电池研发的卓越贡献。

工业中利用锂辉石(主要成分为LiAlSi2O6，还含有FeO、CaO、MgO等)制备钴酸锂(LiCoO2)的流程如图：已知：K sp[Mg(OH)2]=10-11，K sp[Al(OH)3]=10-33，K sp[Fe(OH)3]=10-38回答下列问题：（1）为鉴定某矿石中是否含有锂元素，可以采用焰色反应来进行鉴定，当观察到火焰呈___________，可以认为该矿石中存在锂元素。

a.紫红色b.紫色c.黄色（2）锂辉石的主要成分为LiAlSi2O6，其氧化物的形式为___________________________________（3）为提高“酸化焙烧”效率，常采取的措施是____________________________________________（4）向“浸出液”中加入CaCO3，其目的是除去“酸化焙烧”中过量的硫酸，控制pH使Fe3+、A13+完全沉淀，则pH至少为__________________。

(已知：完全沉淀后离子浓度低于1×l05)mol/L)（5）“滤渣Ⅱ”的主要化学成分为__________________________________（6）“沉锂”过程中加入的沉淀剂为饱和的__________________溶液（填化学式）；该过程所获得的“母液”中仍含有大量的Li+，可将其加入到“__________________”步骤中。

（7）Li2CO3与Co3O4在敞口容器中高温下焙烧生成钴酸锂的化学方程式为__________________________________________________________________________________________________4．（2020湖北高三）LiCoO2（钴酸锂）是锂离子电池的正极材料。

以某海水为原料制备钴酸锂的一种流程如下：已知如下信息：①该海水中含浓度较大的LiCl，含少量MgCl2、CaCl2、MnCl2等。

②碳酸锂的溶解度与温度关系如图所示：③常温下，几种难溶物质的溶度积数据如下：请回答下列问题：（1）LiCoO2中钴的化合价为________。

滤渣1主要成分有MgCO3、Mg(OH)2、CaCO3和__________（填化学式）。

（2）调节pH=5的目的是___________________________________________________________________（3）“沉锂”包括过滤、洗涤等，宜用_________（填“热水”或“冷水”）洗涤Li2CO3。

加入纯碱的量与锂回收率的关系如表所示：从生产成本考虑，宜选择_______（填序号）方案投料。

（4）“除杂2”中调pH=13时c(Mg2+)=___________________mol·L-1。

（5）“合成”中采用高温条件，放出一种能使澄清石灰水变浑浊的气体。

写出“合成”发生反应的化学方程式_____________________________________________________________________________________（6）在“合成”中制备1mol LiCoO2转移电子的物质的量为__________1．（2020广东高三）【答案】（1）化学能→电能→热能（2）H2NaAlO2+HCl+H2O＝NaCl+Al(OH)3↓ （3）8LiCoO2+S2O32-+22H+＝8Li++8Co2++2SO42-+11H2O Cl2（4）NaOH 溶液或氢氧化钠固体 1.09×l0-6mol/L （5）蒸发浓缩趁热过滤【解析】（1）拆解废旧电池获取正极材料前，先将其浸入NaCl溶液中，使电池短路而放电，为原电池，此时溶液温度升高，可知放热，该过程中能量的主要转化方式为化学能→电能→热能；（2）结合以上分析可知，“碱浸”过程中产生的气体是H2；“过滤”所得滤液用盐酸处理可得到氢氧化铝，反应的化学方程式为NaAlO2+HCl+H2O＝NaCl+Al(OH)3↓；（3）根据流程可知，+3价的钴被还原为+2价，做氧化剂，而硫代硫酸根离子做还原剂，被氧化为硫酸根离子，所以“酸浸”时主要反应的离子方程式为8LiCoO2+S2O32-+22H+＝8Li++8Co2++2SO42-+11H2O；若硫酸、Na2S2O3溶液用一定浓度的盐酸替代，也可以达到“酸浸”的目的，但盐酸易被氧化为氯气，会发生2LiCoO2+8HCl＝2LiCl+2CoCl2+Cl2↑+4H2O反应，产生Cl2污染环境；（4）由最终产物及加碱调节pH流程可知，“沉钴”时，既能达到目的，又不能引入杂质，调pH所用的试剂是NaOH，“沉钴”后溶液中c（Co2+）=154.521.0910(10)−−⨯mol/L=1.09×l0-6 mol/L；（5）由图可知，温度高时碳酸锂的溶解度小，则“沉锂”中获得Li2CO3固体的操作主要包括蒸发浓缩、趁热过滤、洗涤、干燥等步骤。

2．（2020安徽高三）【答案】（1）漏斗、烧杯、玻璃棒（2）AlO2-+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3-（3）2LiCoO2+8HCl=2CoCl2+Cl2↑+4H2O+2LiCl （4）蒸发浓缩冷却结晶（5）取少量最后一次洗涤液于试管中，先滴加稀硝酸，再滴加硝酸银溶液，若无白色沉淀生成，说明Li2CO3固体已洗涤干净（6）[Fe(C2O4)3]3-HCl （7）CoO【解析】(1)操作①为过滤操作，需要用到的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒；(2)向溶液①通入过滤CO2，AlO2-与CO2发生反应：CO2+AlO2-+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3-；(3)已知溶液③中含有CoCl2、LiCl等溶质，根据流程中反应前后Co元素化合价发生变化，LiCoO2与盐酸发生氧化还原反应，结合物料守恒和得失电子守恒，化学方程式为：2LiCoO2+8HCl=2CoCl2+Cl2↑+4H2O+2LiCl；(4)向溶液③加入草酸铵，得到溶液④和CoC2O4∙2H2O晶体，向溶液③中加入草酸铵得到CoC2O4．2H2O 固体的实验操作为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥；(5)由于溶液中含有氯离子，Li2CO3固体表面附着有氯离子，能说明Li2CO3固体已洗涤干净的实验操作方法是取少量最后一次洗涤液于试管中，先滴加稀硝酸，再滴加硝酸银溶液，若无白色沉淀生成，说明Li2CO3固体已洗涤干净(6)溶液⑤中铁元素以离子[Fe(C2O4)3]3-形式存在，根据已知信息，在强酸性条件下，[Fe(C2O4)3]3-分解生成Fe3+，向溶液⑤加入盐酸，CO32-转化为CO2气体除去，[Fe(C2O4)3]3-分解生成Fe3+，加入试剂为盐酸(HCl)，再进行后续操作(7) 300-350℃时，CoC2O4∙2H2O晶体加热失重为183×59.0%=108，剩余为75，即生成产物为CoO。