資源簡介

(共25張PPT)
水溶液中的離子反應與平衡復習
（第二課時）
隔膜
負極板
正極板
LiCoO2
主要成分
課堂任務：廢舊鋰離子電池正極材料的回收
回收任務:
回收Co
回收Li
任務拆解
以CoCO3回收Co
以Li2CO3回收Li
回收流程設計
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
LiCoO2
√
以Li2CO3回收Li
任務一：分析Li元素的轉化原理
沉淀劑
LiCoO2 (s)
Li2CO3 (s)
Li+
(aq)
酸
+1
+1
①
②
2LiCoO2 + 3H2SO4 + H2O2 = Li2SO4 + 2CoSO4 + O2↑ + 4H2O
i
任務二：選擇合適的沉淀劑
可選試劑：Na2CO3溶液、
NaHCO3溶液、
NH4HCO3溶液
已知：工業上選擇的沉淀劑為Na2CO3溶液
為什么不選NH4HCO3
任務二：選擇合適的沉淀劑
Li2CO3 LiOH
Ksp
溶解度 g/100gH2O 12.8
28.4
8×10-4
Ksp CoCO3 Co(OH)2
1×10-13
1×10-15
任務三：探究所選沉淀劑的可行性
模型建構
遷移應用
Co2+
可行性分析
CoCO3 是否可以生成
Co(OH)2 是否不能生成
Co(OH)2 是否可以轉化成CoCO3
Li+
可行性分析
Li2CO3 是否可以生成
LiOH是否不能生成
LiOH是否可以轉化成Li2CO3
任務三：探究所選沉淀劑的可行性
1. Li2CO3 是否可以生成
可行性分析
計算1：假設溶液中 c(Li+) = 0.1mol/L，加入0.1mol/L的Na2CO3溶液，是否可以生Li2CO3
Li+是否可以Li2CO3的形式沉淀完全
( c(Li+) < 10-5 mol/L視為沉淀完全 )
Li2CO3 LiOH
Ksp
28.4
8×10-4
計算1：假設溶液中 c (Li+) = 0.1mol/L，加入0.1mol/L的Na2CO3溶液，是否可以生成Li2CO3 Li+是否可以Li2CO3的形式沉淀完全
( c (Li+) < 10-5 mol/L視為沉淀完全 )
Q = c (Li+) 2· c (CO32-)
= 1×10-3
> 8×10-4 = Ksp(Li2CO3 )
使Li+完全沉淀所需的c (CO32-) 為：
c (CO32-) =
Ksp(Li2CO3 )
—————
(1×10-5 )2
= 8 ×106 mol/L
>> 0.1 mol/L
Li2CO3 可以生成
Li+不能以Li2CO3的形式沉淀完全
任務三：探究所選沉淀劑的可行性
1. Li2CO3 是否可以生成
可行性分析
20 oC Na2CO3 NaHCO3 NH4HCO3
溶解度 g/100gH2O 20 7.8 21.7
飽和溶液 c mol/L 1.6 0.86 2.4
i
任務三：探究所選沉淀劑的可行性
選擇飽和Na2CO3溶液
適當升溫，降低Li2CO3的溶解度
1. Li2CO3 是否可以生成
可行性分析
趁熱過濾
√
任務三：探究所選沉淀劑的可行性
2. LiOH是否不能生成
可行性分析
計算2：假設溶液中 c(Li+) = 0.1mol/L，試計算LiOH的離子積，判斷LiOH是否可以生成
已知：c(Na2CO3 ) = 0.1 mol/L, pH = 11.6
Li2CO3 LiOH
Ksp
28.4
8×10-4
計算2：假設溶液中 c (Li+) = 0.1mol/L，試計算LiOH的離子積，判斷LiOH是否可以生成
Q = c (Li+) · c (OH-)
= 1×10-3.4
< 28.4 = Ksp(LiOH )
由 pH = 11.6
則 c (OH-) = 1×10-2.4 mol/L
LiOH不能生成
任務三：探究所選沉淀劑的可行性
所選沉淀劑：Na2CO3溶液
1. Li2CO3 可以生成
可行性分析
√
2. LiOH 不能生成
3. LiOH是否可以轉化成Li2CO3
√
任務三：探究所選沉淀劑的可行性
3. LiOH是否可以轉化成Li2CO3
可行性分析
計算3：判斷LiOH是否可以接近完全轉化成Li2CO3
2LiOH(s) + CO32-(aq) Li2CO3(s) + 2OH-(aq)
Li2CO3 LiOH
Ksp
28.4
8×10-4
計算3：判斷LiOH是否可以接近完全轉化成Li2CO3
2LiOH(s) + CO32-(aq) Li2CO3(s) + 2OH-(aq)
= ——————
K = ————————
c (CO32-)
Ksp(LiOH)2
c (OH-)2
· c (Li+)2
Ksp(Li2CO3)
· c (Li+)2
= —————
28.4 × 28.4
8.2×10-4
> 105
LiOH可以接近完全轉化為Li2CO3
計算3：試比較沉淀轉化方程式的Q和K，判斷Co(OH)2 是否可以接近完全轉化成CoCO3
Co(OH)2(s) + CO32-(aq) CoCO3(s) + 2OH-(aq)
= ——————
K
Ksp(Co(OH)2)
Ksp(CoCO3)
≈ 1.0×10-2
Q = ————
c (OH-)2
c (CO32-)
≈ ————
(10-6.2)2
1 ×10-4.2
<< K
計算3：判斷LiOH是否可以接近完全轉化成Li2CO3
2LiOH(s) + CO32-(aq) Li2CO3(s) + 2OH-(aq)
= ——————
K = ————————
c (CO32-)
Ksp(LiOH)2
c (OH-)2
· c (Li+)2
Ksp(Li2CO3)
· c (Li+)2
= —————
28.4 × 28.4
8.2×10-4
> 105
第一課時：
Co(OH)2 轉化成CoCO3
第二課時：
LiOH
轉化成Li2CO3
任務三：探究所選沉淀劑的可行性
1. Li2CO3 可以生成
可行性分析
√
2. LiOH 不能生成
3. LiOH可以接近完全轉化成Li2CO3
√
√
所選沉淀劑：Na2CO3溶液
任務拆解
以CoCO3回收Co
以Li2CO3回收Li
Ⅰ
Ⅱ
LiCoO2
2LiCoO2 + 3H2SO4 + H2O2 = Li2SO4 + 2CoSO4 + O2↑ + 4H2O
NH4HCO3溶液
Na2CO3溶液
回收流程設計
Ⅲ
如何實現Co2+和Li+的分別沉淀
√
√
任務四：Co2+和Li+的分步沉淀
方法一：萃取/反萃取法
水相
CoSO4溶液
Li2SO4溶液
萃取
水相(Li2SO4溶液)
有機相
反萃取
有機相
水相(CoSO4溶液)
沉鈷
NH4HCO3溶液
飽和Na2CO3溶液
沉鋰
過濾
過濾
再生回收
任務四：Co2+和Li+的分步沉淀
方法二：沉淀劑法
Co(OH)2 CoCO3 CoC2O4
Ksp 近似值 1.0×10-15 1.0×10-13 6.0×10-8
Li2C2O4
可溶于水
可選試劑：Na2C2O4溶液、(NH4)2C2O4溶液 (濃度相同)
思考：選擇哪一種沉淀劑 原因是什么
√
沉鈷
濃縮
沉鋰
飽和(NH4)2C2O4溶液
飽和Na2CO3溶液
CoC2O4
Li2CO3
CoCO3
粉碎
LiCoO2
酸浸
4mol/L H2SO4
H2O2溶液
80oC
任務五：完整回收流程的設計
CoCO3 CoC2O4
Ksp 近似值 1.0×10-13 6.0×10-8
√

小結
理論分析
實驗驗證
模型建構
遷移應用
水的電離平衡
弱酸的電離平衡
沉淀溶解平衡
用NH4HCO3溶液沉鈷
得到CoCO3
沉淀
選擇合適的沉淀劑
用飽和Na2CO3溶液沉鋰
得到Li2CO3
沉淀
第一課時
第二課時
小結
任務拆解
綜合考慮
實際問題解決
從廢舊鋰離子電池正極材料中以CoCO3和Li2CO3的形式回收鈷和鋰
以CoCO3回收Co
以Li2CO3回收Li
Ⅰ
Ⅱ
LiCoO2
回收流程設計
Ⅲ
展望
現實
理想
工具

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