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【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)写出过程②中LiCoO2与H2O2发生反应的化学方程式:__________________________。

(2)过程③Na2CO3的主要作用为__________________。

Ⅱ.电解法制得钴铁合金

(3)配制0.050molL1FeSO4和0.025molL1CoSO4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

(4)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__________________________。

(5)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_______________。

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

【答案】2LiCoO2+H2O2+3H2SO4=2CoSO4+O2↑+ Li2SO4+4H2O 调节pH,使Fe3+沉淀分离 Co2++2Fe2++6e-=CoFe2 CoFe2+4H2O CoFe2O4+4H2↑ 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

【解析】

⑴过程②中LiCoO2与H2O2发生反应生成硫酸钴、硫酸锂和氧气。

⑵过程③中含有铁杂质,因此在③过程中主要通过调节溶液的pH值除去铁杂质。

⑶阴极上铜离子和亚铁离子失去电子变为CoFe2合金。

⑷纯净的钴铁合金(CoFe2)和水在阳极进行电解得到CoFe2O4薄膜。

⑸当电路上有0.4mol电子转移时,应该有0.2mol氧,即质量为3.2g,阳极电极材料增重质量为3.4g,与理论值不符,其原因可能为铁和钴生成氢氧化物。

⑹由废旧锂钴电池制CoFe2O4的现实意义在于:合理利用废弃物;变废为宝;减少重金属污染。

⑴过程②中LiCoO2与H2O2发生反应生成硫酸钴、硫酸锂和氧气,其化学方程式2LiCoO2+ H2O2 +3H2SO4=2CoSO4+O2↑+ Li2SO4+4H2O,故答案为:2LiCoO2+H2O2+3H2SO4 = 2CoSO4 +O2↑+ Li2SO4+4H2O。

⑵过程③中含有铁杂质,因此在③过程中主要除去铁杂质,通过调节溶液的pH值,过程③Na2CO3的主要作用为调节pH,使Fe3+沉淀分离,故答案为:调节pH,使Fe3+沉淀分离。

⑶配制0.050molL1FeSO4和0.025molL1CoSO4的混合溶液,用铜作阴极、石墨作阳极进行电解,获得CoFe2合金,阴极上铜离子和亚铁离子失去电子变为CoFe2合金,其电极方程式为:Co2++2Fe2++6e-=CoFe2,故答案为:Co2++2Fe2++6e-=CoFe2。

⑷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CoFe2+4H2O CoFe2O4+4H2↑,故答案为:CoFe2+4H2O CoFe2O4+4H2↑。

⑸当电路上有0.4mol电子转移时,应该有0.2mol氧,即质量为3.2g,阳极电极材料增重质量为3.4g,与理论值不符,其原因可能为铁和钴生成氢氧化物,故答案为:电极上同时生成了Co和Fe的氢氧化物。

⑹由废旧锂钴电池制CoFe2O4的现实意义在于:合理利用废弃物;变废为宝;减少重金属污染,故答案为:合理利用废弃物;变废为宝;减少重金属污染。

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