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【题目】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MgCl2CaCl2MnCl2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:

物质

Li2CO3

MgCO3

CaCO3

MnCO3

Mg(OH)2

Ksp

2.5×102

6.8×106

2.8×109

2.3×1011

6.0×1010

请回答下列问题:

(1)LiCoO2中钴的化合价为____________ ,滤渣1主要成分有MgCO3Mg(OH)2CaCO3____________________(填化学式)。

(2)pH=5的目的是________________________

(3) “沉锂包括过滤、洗涤等,宜用_____________(填热水冷水)洗涤Li2CO3。加入纯碱的量与锂回收率的关系如表所示:

序号

n(Na2CO3)/n(LiCl)

沉淀质量/g

碳酸锂含量/%

锂回收率/%

0.91

10.09

92.36

77.67

1.01

0.97

90.19

82.46

1.11

11.45

89.37

85.27

1.21

12.14

84.82

85.45

从生产成本考虑,宜选择_______________(填序号)方案投料。

(4) “除杂2”中调pH=13c(Mg2)=_______________mol·L1

(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_____________________________________________

【答案】3 MnCO3 除去过量的Na2CO3,避免蒸发浓缩时析出Li2CO3 热水 6.0×108 2Li2CO34CoCO3O24LiCoO26CO2

【解析】

海水(含浓度较大的 LiCl,含少量MgCl2CaCl2MnCl2)中加入纯碱调pH=10,滤渣 1 主要成分有MgCO3Mg(OH)2CaCO3MnCO3,滤液含Li2CO3,加盐酸调pH=5,蒸发浓缩,除去NaCl,再除去Mg(OH)2,加入纯碱生成Li2CO3,通入CO2,生成LiHCO3溶液,最后生成碳酸锂,加入碳酸钴,高温可生成LiCoO2,以此解答该题。

1)钴酸锂( LiCoO2)Li元素化合价为+1价,O元素化合价为-2价,该化学式中各元素的化合价的代数和为0Co元素化合价=2×2-1=+3,由表中溶度积知,碳酸锰难溶于水,因此滤渣1中主要有MgCO3Mg(OH)2CaCO3MnCO3;答案为+3MnCO3

2)加入盐酸除去过量的碳酸钠,否则碳酸锂会在浓缩时析出,损失锂元素;答案为:除去过量的Na2CO3,避免蒸发浓缩时析出Li2CO3

3)碳酸锂在水中的溶解度,随温度升高,碳酸锂溶解度减小,沉锂时的温度应选高温,用热水洗涤,减少沉淀损失;从投料比看出,序号③的比例中,投入碳酸钠量较小,锂回收率较高,可降低生产成本;答案为热水,③。

4pH=13 时,c(OH-)=0.1mol/L,由溶度积可知,除镁是将溶液中Mg2+转化为Mg(OH)2沉淀,根据溶度积计算,c(Mg2+)== =6.0×10-8mol/L;答案为6.0×10-8

5)将Li2CO3CoCO3混合,再在空气中灼烧可得LiCoO2Co元素化合物由+2价升高到+3价,发生氧化反应,必有氧气参加反应,反应还生成二氧化碳,反应化学方程式为:2Li2CO3+4CoCO3+O24LiCoO2+6CO2;答案为:2Li2CO3+4CoCO3+O24LiCoO2+6CO2

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②如果石墨晶胞中最近的两个碳原子之间的距离为apm,层间距为bpm,那么石墨晶体的密度为___ g·cm-3(列出计算式即可))。

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