Question

3．以废旧锂电池正极材料（含LiCoO₂、Al、Cu、Fe等）为原料通过图1方法获得CoC₂O₄和Li₂CO₃．

已知：ⅰ．LiCoO₂是不溶于水的固体
ⅱ.25℃时，部分电解质的K_sp或K_a

弱电解质	CoC2O4	Fe（OH）3	NH3•H2O	H2C2O4
平衡常数	Ksp=6.3×10-8	Ksp=2.79×10-39	Ka=1.7×10-5	Ka1=5.6×10-2 Ka2=5.4×10-5

回答下列问题：
（1）滤液①的主要成分是Na[Al（OH）₄]（填化学式，下同），滤液③中的阴离子除OH^-外主要还含有C₂O₄^2-、SO₄^2-．
（2）反应②中H₂O₂改用盐酸代替，不妥的原因是盐酸反应后会产生有毒气体Cl₂同时盐酸不能氧化二价亚铁；写出反应②中钴元素化合物与H₂O₂反应的化学方程式2LiCoO₂+3H₂SO₄+H₂O₂=2CoSO₄+O₂↑+Li₂SO₄+4H₂O．
（3）减压过滤就是抽滤，抽滤操作与普通过滤相比，除了得到沉淀较干燥外，还有一个优点是过滤速度快．
（4）若滤液②中c（Co²⁺）=3.0mol•L^-1，加入等体积的（NH₄）₂C₂O₄后，钴的沉降率达到99.9%，计算滤液③中 c（C₂O₄^2-）=4.2×10^-5mol•L^-1．
（5）采用有机物萃取Li⁺的方法可提取锂．其中有机物中加入一定量Fe³⁺以提高萃取率，D为离子在有机层与水层的分配比．图2是其他条件不变，水相的酸度与D_（H+）、D_（Li+）的变化图象．解释萃取液酸度控制在0.05mol•L^-1的原因可抑制萃取剂中Fe³⁺水解，同时此酸度时，Li⁺的萃取率较高．（写2点）
（6）在反应③中用草酸铵作沉淀剂，25℃时，（NH₄）₂C₂O₄溶液pH＜7（填“=”或“＞”或“＜”）．

Answer 1

分析 根据题中流程可知，废旧锂电池正极材料（含LiCoO₂、Al、Cu、Fe等）用氢氧化钠溶液浸泡，铝与氢氧化钠反应生成 偏铝酸钠，所以滤液①为Na[Al（OH）₄]溶液，过滤得滤渣①为LiCoO₂、Cu、Fe固体，滤渣中加酸溶解，再加双氧水氧化亚铁离子，同时还原Co³⁺，调节pH值，净化除去铜元素和铁元素得LiSO₄、CoSO₄溶液，再加入草酸铵得CoC₂O₄沉淀，过滤得滤液③为Li₂SO₄、（NH₄）₂C₂O₄、（NH₄）₂SO₄溶液，在滤液中加入碳酸钠溶液，经减压过滤可得Li₂CO₃，据此答题；

解答 解：根据题中流程可知，废旧锂电池正极材料（含LiCoO₂、Al、Cu、Fe等）用氢氧化钠溶液浸泡，铝与氢氧化钠反应生成 偏铝酸钠，所以滤液①为Na[Al（OH）₄]溶液，过滤得滤渣①为LiCoO₂、Cu、Fe固体，滤渣中加酸溶解，再加双氧水氧化亚铁离子，同时还原Co³⁺，调节pH值，净化除去铜元素和铁元素得LiSO₄、CoSO₄溶液，再加入草酸铵得CoC₂O₄沉淀，过滤得滤液③为Li₂SO₄、（NH₄）₂C₂O₄、（NH₄）₂SO₄溶液，在滤液中加入碳酸钠溶液，经减压过滤可得Li₂CO₃，
（1）根据上面的分析可知，滤液①的主要成分是Na[Al（OH）₄]，滤液③为Li₂SO₄、（NH₄）₂C₂O₄、（NH₄）₂SO₄溶液，所以滤液③中的阴离子除OH^-外主要还含有C₂O₄^2-、SO₄^2-，
故答案为：Na[Al（OH）₄]；C₂O₄^2-、SO₄^2-；
（2）反应②中H₂O₂改用盐酸代替，会产生氯气污染空气，同时盐酸不能氧化亚铁离子，反应②中钴元素化合物与H₂O₂反应的化学方程式为2 LiCoO₂+3H₂SO₄+H₂O₂=2 CoSO₄+O₂↑+Li₂SO₄+4H₂O，
故答案为：盐酸反应后会产生有毒气体Cl₂同时盐酸不能氧化二价亚铁；2 LiCoO₂+3H₂SO₄+H₂O₂=2 CoSO₄+O₂↑+Li₂SO₄+4H₂O；
（3）减压过滤就是抽滤，抽滤操作与普通过滤相比，除了得到沉淀较干燥外，还有一个优点是过滤速度快，
故答案为：过滤速度快；
（4）若滤液②中c（Co²⁺）=3.0mol•L^-1，加入等体积的（NH₄）₂C₂O₄后，钴的沉降率达到99.9%，则沉淀后溶液中c（Co²⁺）=3.0×$\frac{1}{2}$×0.1%mol•L^-1=1.5×10^-3 mol•L^-1，所以滤液③中 c（C₂O₄^2-）=$\frac{Ksp（CoC{\;}_{2}O{\;}_{4}）}{c（C{o}^{2+}）}$=4.2×10^-5 mol•L^-1，
故答案为：4.2×10^-5 mol•L^-1；
（5）萃取液酸度控制在0.05mol•L^-1的可以抑制铁离子的水解，同时，根据图可知，此酸度时，Li⁺的萃取率较高，
故答案为：可抑制萃取剂中Fe³⁺水解，同时此酸度时，Li⁺的萃取率较高；
（6）由于氨水的K_a=1.7×10^-5，草酸的K_a2=5.4×10^-5，所以铵根离子的水解程度大于草酸根离子的水解程度，所以（NH₄）₂C₂O₄溶液pH＜7，
故答案为：＜．

点评 本题CoC₂O₄和Li₂CO₃的制备为载体，考查氧化还原反应、化学工艺流程、离子浓度计算、盐类的水解等，侧重考查学生对化学反应原理的理解，注意仔细审题，从题目中获取关键信息，难度中等．