Question

【题目】有研究预测，到2030年，全球报废的电池将达到1100万吨以上。而目前废旧电池的回收率却很低。为了提高金属资源的利用率，减少环境污染，应该大力倡导回收处理废旧电池。下面是一种从废电池正极材料（含铝箔、LiCoO2、Fe2O3及少量不溶于酸碱的导电剂）中回收各种金属的工艺流程：

资料：1.黄钠铁矾晶体颗粒粗大，沉淀速度快，易于过滤。

2.钴酸锂难溶于水、碳酸锂的溶解度随温度升高而降低。

回答下列问题：

(1)为了提高碱溶效率可以__，__。（任答两种）

(2)从经济效益的角度考虑，为处理“碱溶”后所得滤液，可向其中通入过量CO2，请写出所发生反应的化学反应方程式__。

(3) “酸浸”时有无色气体产生，写出发生反应的离子方程式__。

(4) “沉铁”时采用的“黄钠铁矾法”与传统的通过调整溶液pH的“氢氧化物沉淀法”相比，金属离子的损失少，请分析并说明原因：___。

(5) “沉锂”后得到碳酸锂固体的实验操作为__。

(6)已知黄钠铁矾的化学式为NaxFey(SO4)m(OH)n。为测定黄钠铁矾的组成，进行了如下实验：①称取4.850g样品，加盐酸完全溶解后，配成100.00mL溶液；②量取25.00mL溶液，加入足量的KI，用0.2500molL-1Na2S2O3溶液进行滴定（反应2Fe3＋＋2I-=2Fe2＋＋I2，I2＋2Na2S2O3=2NaI＋Na2S4O6），消耗30.00mLNa2S2O3溶液至终点。③另取25.00mL溶液，加足量BaCl2溶液充分反应后，过滤、洗涤、干燥后得沉淀1.165g。

用Na2S2O3溶液进行滴定时，使用的指示剂为__；计算出黄钠铁矾的化学式__。

Answer 1

【答案】将正极材料粉碎 搅拌、适当升高温度等(任答两种) Na[Al(OH)4]+CO2==Al(OH)3↓+NaHCO3(或其他合理答案) 2LiCoO2+6H++H2O2==2Li++2Co2++O2↑+4H2O 调节pH时Fe3+会形成Fe(OH)3胶体，吸附溶液中的金属阳离子 趁热过滤 淀粉溶液 NaFe3(SO4)2(OH)6

【解析】

正极材料（含铝箔、LiCoO2、Fe2O3及少量不溶于酸碱的导电剂）加入NaOH碱溶后，铝箔溶解成为滤液，此时滤渣为LiCoO2、Fe2O3及少量不溶于酸碱的导电剂；加入H2SO4、H2O2酸浸后，LiCoO2、Fe2O3溶解生成Li+、Co2+(酸溶时生成的Co3+被H2O2还原为Co2+)，不溶于酸碱的导电剂成为滤渣；加入Na2SO4后，Fe3+转化为黄钠铁矾沉淀；加入草酸铵饱和溶液后，Co2+转化为CoC2O4沉淀；溶液浓缩后，加入纯碱，Li+转化为Li2CO3沉淀。

(1)为了提高碱溶效率，可以通过增大接触面积、升高温度等操作实现，具体操作为将正极材料粉碎，搅拌、适当升高温度等(任答两种)。答案为：将正极材料粉碎；搅拌、适当升高温度等(任答两种)；

(2)为处理“碱溶”后所得滤液中含有的Na[Al(OH)4]，向其中通入过量CO2，生成Al(OH)3沉淀和NaHCO3，发生反应的化学反应方程式为Na[Al(OH)4]+CO2==Al(OH)3↓+NaHCO3。答案为：Na[Al(OH)4]+CO2==Al(OH)3↓+NaHCO3(或其他合理答案)；

(3) “酸浸”时，LiCoO2溶解生成Li+、Co2+(酸溶时生成的Co3+被H2O2还原为Co2+)，同时生成O2，发生反应的离子方程式为2LiCoO2+6H++H2O2==2Li++2Co2++O2↑+4H2O。答案为：2LiCoO2+6H++H2O2==2Li++2Co2++O2↑+4H2O；

(4) “沉铁”时采用的“黄钠铁矾法”与传统的通过调整溶液pH的“氢氧化物沉淀法”相比，后者生成的Fe(OH)3胶体具有吸附作用，能吸附溶液中的金属离子，从而造成离子损失，原因是：调节pH时Fe3+会形成Fe(OH)3胶体，吸附溶液中的金属阳离子。答案为：调节pH时Fe3+会形成Fe(OH)3胶体，吸附溶液中的金属阳离子；

(5)信息显示，碳酸锂的溶解度随温度升高而降低，由此得出“沉锂”后得到碳酸锂固体的实验操作为趁热过滤。答案为：趁热过滤；

(6)在配成的100.00mL溶液中，依据关系式2Fe3+——I2——2 Na2S2O3，可求出n(Fe3+)=0.2500molL-1×0.030L×4=0.03mol，n(SO42-)==0.02mol，则

23n(Na+)+17n(OH-)+0.03×56+0.02×96=4.85(质量守恒)

0.03×3+ n(Na+)=0.02×2+ n(OH-) (电荷守恒)

从而求出n(Na+)=0.01mol，n(OH-)=0.06mol，n(Na+):n(Fe3+):n(SO42-):n(OH-)=1:3:2:6，用Na2S2O3溶液进行滴定时，使用的指示剂为淀粉溶液；根据上面计算出的比值，可确定黄钠铁矾的化学式为NaFe3(SO4)2(OH)6。答案为：淀粉溶液；NaFe3(SO4)2(OH)6。