Question

【题目】钴铁氧体（CoFe2O4）不仅是重要的磁性材料、磁致伸缩材料，还是重要的锂离子电池负极材料。工业上，可以由废旧锂钴电池正极材料（主要含Fe、Al、硅等杂质）回收钴，再用电化学法制得CoFe2O4。其流程如图所示（过程中所加试剂均足量）

Ⅰ．废旧电池中钴的回收

（1）含铝滤液中，铝元素的存在形式为________（写化学式）；硅在过程_____（填序号）与钴分离。

（2）写出过程②中LiCoO2与H2O2发生反应的化学方程式____________________________。

（3）过程③Na2CO3的主要作用为________________________________________。

Ⅱ．电解法制得钴铁合金

（4）配制 0.050molL-1 FeSO4和0.025molL-1 CoSO4的混合溶液，用铜作阴极、石墨作阳极进行电解，获得CoFe2合金。阴极的电极方程式为____________________________________。

Ⅲ．阳极氧化法制得钴铁氧体

（5）以1.500molL1NaOH溶液作电解液，纯净的钴铁合金（CoFe2）作阳极进行电解，在阳极上获得CoFe2O4薄膜。该电解过程的化学方程式为_________________________。

（6）当电路上有0.4mol电子转移时，阳极电极材料增重质量为3.4g，与理论值不符，其原因可能为______________________________________________。

（7）由废旧锂钴电池制CoFe2O4的现实意义在于：______________________（写一条即可）。

Answer 1

【答案】NaAlO2或AlO2- ① 2LiCoO2+H2O2+3H2SO4=2CoSO4+O2↑+ Li2SO4+4H2O 调节pH，使Fe3+沉淀分离 Co2++2Fe2++6e-=CoFe2 电极上同时生成了Co和Fe的氢氧化物 合理利用废弃物；变废为宝；减少重金属污染（写一条即可）

【解析】

废旧锂钴电池正极材料（主要含Fe、Al、硅等杂质），用氢氧化钠溶液浸泡溶解，杂质Al、硅与氢氧化钠反应，转化为偏铝酸钠和硅酸钠，过滤后得到的滤渣中含有LiCoO2和杂质Fe，在硫酸和双氧水的作用下将单质铁杂质转化为铁离子，LiCoO2与H2O2发生氧化还原反应，酸性条件下，双氧水将LiCoO2的钴元素氧化为钴离子，再加入Na2CO3调节溶液pH，使Fe3+沉淀与溶液中的钴离子分离，加入萃取剂，将锂离子与溶液分离，分液后得到含有硫酸钴的溶液。

（1）由废旧锂钴电池正极材料（主要含Fe、Al、硅等杂质）回收钴，一般除杂试剂要过量，Al和过量的氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠，杂质中的硅单质也可与氢氧化钠反应，可在第一步碱溶中和金属铝一并除去；

（2）根据流程转化LiCoO2与H2O2发生氧化还原反应，酸性条件下，双氧水将LiCoO2的钴元素氧化为钴离子，化学方程式2LiCoO2+H2O2+3H2SO4=2CoSO4+O2↑+ Li2SO4+4H2O；

（3）过程③中，在硫酸和双氧水的作用下将单质铁杂质转化为铁离子，再加入Na2CO3调节溶液pH，使Fe3+沉淀与溶液中的钴离子分离；

（4）阴极上，溶液中的Co2+和Fe2+得到电子，转化为CoFe2，阴极的电极方程式为Co2++2Fe2++6e－=CoFe2；

（5）NaOH溶液作电解液，相当于电解水，阴极上产生氢气，钴铁合金（CoFe2）作阳极，活性电极参与电极反应，合金CoFe2和氢氧根离子失电子变为CoFe2O4， 该电解过程的化学方程式为；

（6）阳极电极材料增重质量为氧的质量，根据，生成1mol CoFe2O4时，转移8mol电子，当电路上有0.4mol电子转移时，生成0.05mol CoFe2O4，增加的质量为0.05mol×4×16g/mol=3.2g<3.4g，说明阳极上除了产生CoFe2O4外，还产生了其他物质，原因可能是：阳极钴铁合金（CoFe2）在失电子过程中转化为铁离子和钴离子，与电解质溶液中的氢氧根离子结合，形成了Co和Fe的氢氧化物；

（7）由废旧锂钴电池制CoFe2O4可对废弃物进行回收再利用，可减少重金属离子对环境的污染。