专题十一 第六讲 主族金属——锂及其化合物（含解析）2026届高中化学大一轮复习讲义

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锂及其化合物
【核心知识梳理】
1．锂的原子结构——3Li
电子排布式 1s22s1
简化电子排布式 [He]2s1
原子结构示意图
价层电子排布图(轨道表示式)
价层电子排布式 2s1
周期表中的位置 第二周期第IA族
2．锂(Li)
(1)Li与氧气反应：4Li＋O22Li2O (Li与氧气不管常温还是加热都只能生成Li2O)
(2)Li与卤素单质的反应：2Li＋X22LiX (X＝F、Cl、Br、I)
(3)Li与氮气反应：6Li＋N22Li3N (锂和镁处于对角线位置，化学性质相似)
(4)Li与水反应：2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑
【微点拨】
①在碱金属里，锂的熔点最高，还原性最弱，因而锂与水反应速率比Na或K缓慢得多且反应时锂并不熔化
②Li的密度比煤油的密度还要小，因此Li必须保存在密度更小的石蜡油中或密封于石蜡
3．锂的化合物
(1)LiF、Li2CO3、Li3PO4都是难溶盐，而其他碱金属的氟化物、碳酸盐、磷酸盐都易溶于水。如，氟化钠的溶解度约是氟化锂的10倍，磷酸钠的溶解度约是磷酸锂的200倍
(2)LiOH，Li2CO3都不稳定，加热分解：2LiOHLi2O＋H2O，Li2CO3Li2O＋CO2↑，其他碱金属元素对应的碱和碳酸盐加热不易分解
(3)LiNO3加热分解生成氧化物：4LiNO3Li2O＋4NO2↑＋O2↑；其他碱金属硝酸盐分解成亚硝酸盐和O2
(4)LiCl·nH2O受热分解时发生水解，生成LiOH
(5)LiCoO2一般作为锂离子电池的正极材料，发生如下反应：放电Li1－xCoO2＋LixCeq \o(,\s\up7(放电) ,\s\do6(充电))LiCoO2＋C
(6)LiAiH4与水反应生成氢气；LiAiH4也是有机合成中重要的还原剂，可以还原醛、酮、酸中的不饱和碳氧双键()，也可以将硝基(－NO2)还原成氨基(－NH2)
【巩固练习】
1．(2022 湖北卷)全球对锂资源的需求不断增长，“盐湖提锂”越来越受到重视。某兴趣小组取盐湖水进行浓缩和初步除杂后，得到浓缩卤水(含有Na+、Li+、Cl－和少量Mg2+、Ca2+)，并设计了以下流程通过制备碳酸锂来提取锂
25℃时相关物质的参数如下：
化合物 Mg(OH)2 Ca(OH)2 CaCO3 Li2CO3
Ksp 5.6×10－12 5.5×10－6 2.8×10－9 2.5×10－2
LiOH的溶解度：12.4 g/100 g H2O
回答下列问题：
(1)“沉淀1”为___________
(2)向“滤液1”中加入适量固体Li2CO3的目的是___________
(3)为提高Li2CO3的析出量和纯度，“操作A”依次为___________、___________、洗涤
(4)有同学建议用“侯氏制碱法”的原理制备Li2CO3。查阅资料后，发现文献对常温下的Li2CO3有不同的描述：
①是白色固体；②尚未从溶液中分离出来。为探究LiHCO3的性质，将饱和LiCl溶液与饱和NaHCO3溶液等体积混合，起初无明显变化，随后溶液变浑浊并伴有气泡冒出，最终生成白色沉淀。上述现象说明，在该实验条件下LiHCO3___________(填“稳定”或“不稳定”)，有关反应的离子方程式为___________
(5)他们结合(4)的探究结果，拟将原流程中向“滤液2”加入Na2CO3改为通入CO2。这一改动能否达到相同的效果，作出你的判断并给出理由___________
2．(2020 浙江1月)碘化锂(LiI)在能源、医药等领域有重要应用，某兴趣小组制备LiI 3H2O和LiI，流程如下：
已知：a．LiI 3H2O在75~80℃转变成LiI 2H2O，80~120℃转变成LiI H2O，300℃以上转变成无水LiI。
b．LiI易溶于水，溶解度随温度升高而增大
c．LiI在空气中受热易被氧化
请回答：
(1)步骤II，调，为避免引入新的杂质，适宜加入的试剂为________
(2)步骤III，包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等多步操作。下列说法正确的是________
A．为得到较大的LiI 3H2O晶体颗粒，宜用冰水浴快速冷却结晶
B．为加快过滤速度，得到较干燥的晶体，可进行抽滤
C．宜用热水洗涤
D．可在80℃鼓风干燥
(3)步骤IV，脱水方案为：将所得LiI 3H2O置入坩埚中，300℃加热，得LiI样品。用沉淀滴定法分别测定所得LiI 3H2O、LiI样品纯度，测定过程如下：称取一定量样品，溶解，定容于容量瓶，将容量瓶中的溶液倒入烧杯，用移液管定量移取烧杯中的溶液加入锥形瓶，调pH=6，用滴定管中的AgNO3标准溶液滴定至终点，根据消耗的AgNO3标准溶液体积计算，得LiI 3H2O、LiI的纯度分别为99.96%，95.38%。LiI纯度偏低
①上述测定过程提及的下列仪器，在使用前一定不能润洗的是________
A．容量瓶 B．烧杯 C．锥形瓶 D．滴定管
②测定过程中使用到移液管，选出其正确操作并按序列出字母：
蒸馏水洗涤→待转移溶液润洗→________→_______→_______→_______→洗净，放回管架
a．移液管尖与锥形瓶内壁接触，边吹气边放液
b．放液完毕，停留数秒，取出移液管
c．移液管尖与锥形瓶内壁接触，松开食指放液设备
d．洗耳球吸溶液至移液管标线以上，食指堵住管口
e．放液完毕，抖动数下，取出移液管
f．放液至凹液面最低处与移液管标线相切，按紧管口
③LiI纯度偏低，可能的主要杂质是________
(4)步骤IV，采用改进的实验方案（装置如图），可以提高LiI纯度
①设备X的名称是________
②请说明采用该方案可以提高LiI纯度的理由________
3．锂离子电池的应用很广泛，某种锂电池的正极材料为钴酸锂，该材料可以由海水（含较大浓度的LiCl及少量MgCl2、CaCl2、MnCl2等）制备，其工艺流程如图所示：
已知：①在常温下几种难溶物质的溶度积常数如表；
物质 Li2CO3 MgCO3 CaCO3 MnCO3 Mg(OH)2
Ksp 2.5×10－2 6.8×10－6 3.4×10－9 2.3×10－11 5.6×10－12
②Li2CO3微溶于热水，可溶于冷水。
(1)“除杂1”步骤中除去的杂质离子为Mg2＋和________________
(2)“调pH”的目的是________________________________________________
(3)金属镁可以通过电解熔融MgCl2得到，写出由Mg(OH)2沉淀制MgCl2固体的具体操作____________________
________________________________________________________
(4)20 ℃时碳酸锂在水中的溶解度为1.295 g，饱和溶液密度为1.014 8 g·cm－3，则其中Li2CO3的物质的量浓度为　________。(结果保留2位有效数字)
(5)“热水洗涤”的目的是________________________________。在实验室里洗涤Li2CO3时会采用如图所示装置，该装置较于普通过滤装置的优点为________________________________________
(6)“合成”工序需要高温条件，并放出能使澄清石灰水变浑浊的气体，写出该反应的化学方程式_______________
________________________________________
4．钴酸锂电池的正极材料含有钴酸锂(LiCoO2)、导电剂乙炔黑、铝箔及少量铁，通过如图工艺流程可回收铝、钴、锂。回答下列问题：
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(1)钴酸锂电池放电时负极反应式为LixC6－xe－===C6＋xLi＋，拆解废旧电池前进行放电处理，既可保证安全又有利于回收锂。有利于回收锂的原因是_______________________
(2)“酸浸”时Co、Li元素的浸出率随温度的变化如图所示：
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“酸浸”的适宜温度是_______，该过程有多个反应，钴酸锂发生的主要反应的离子方程式为__________________
(3)沉锂过程要对所得滤渣进行洗涤，检验沉淀是否洗净的操作为___________________________________
(4)沉钴的化学方程式为_________________________________________________，将100 mL 0.50 mol·L－1 CoSO4溶液沉钴所得晶体配成溶液，经过一系列处理后通过滴定实验测得消耗0.50 mol·L－1碘标准溶液48.50 mL，则沉钴过程中CoC2O4·2H2O的产率为________(已知：在“一系列处理”过程中二价钴被碘氧化成三价钴)
5．2020年12月17日，中国探月工程嫦娥五号任务取得圆满成功。嫦娥五号锂离子蓄电池选用了比能量更高的钴酸锂(LiCoO2)正极材料和石墨负极材料。钴是一种稀有的贵重金属，废旧锂离子电池电极材料的回收再生意义重大，钴酸锂回收再生流程如图：
(1)用H2SO4酸浸时，通常需添加30%的H2O2以提高浸出效率，写出相应反应的化学方程式________________
(2)用盐酸代替H2SO4和H2O2，浸出效率也很高。但工业上不使用盐酸，主要原因是会产生有毒、有污染的气体_______(填化学式)
(3)其他条件不变时，相同反应时间，随着温度升高，含钴酸锂的固体滤渣在H2SO4和30%的H2O2混合液中的浸出率如下表所示，请分析80℃时钴的浸出率最大的原因_______________________________________________
反应温度/℃ 60 70 80 90
钴的浸出率/% 88 90.5 93 91
(4)已知常温下草酸Ka1=5.6×10-2，Ka2=1.5×10-4，Ksp(CoC2O4)=4.0×10-6，求常温下Co2+与草酸反应生成CoC2O4沉淀的平衡常数K=_________________________
(5)高温下，在O2存在时，纯净的CoC2O4与Li2CO3再生为LiCoO2的化学方程式为_________________________
(6)在空气中煅烧CoC2O4生成钴的氧化物和CO2，若测得充分煅烧后固体的质量为3.615g，CO2的体积为2.016L(标准状况)，则钴的氧化物的化学式为____________
6．实验室里，从废旧钴酸锂离子电池的正极材料(在铝箔上涂覆活性物质 LiCoO2)中，回收钴、锂的操作流程如图所示，回答下列问题：
(1)拆解废旧电池获取正极材料前，先将其浸入NaCl溶液中，使电池短路而放电，此时溶液温度升高，该过程中能量的主要转化方式为____________________
(2)“碱浸”过程中产生的气体是____________；“过滤”所得滤液用盐酸处理可得到氢氧化铝，反应的化学方程式：____________________________________
(3)“酸浸”时主要反应的离子方程式____________________________________；若硫酸、Na2S2O3溶液用一定浓度的盐酸替代，也可以达到“酸浸”的目的，但会产生____________(填化学式)污染环境
(4)“沉钴”时，调 pH 所用的试剂是______________________；“沉钴”后溶液中 c(Co2＋)＝____________
(已知：Ksp[Co(OH)2]＝1.09×10－15)。
(5)根据如图判断，“沉锂”中获得Li2CO3固体的操作主要包括________________、________________、洗涤、干燥等步骤
7．废旧锂离子电池正极材料的主要成分为碳棒和LiNixCoyMn1－x－yO2，另含少量Al、Fe杂质。某厂按如图流程对废旧锂离子电池的正极进行回收再生。回答有关问题：
已知：①草酸电离常数：Ka1＝5×10－2，Ka2＝5.4×10－5；草酸的酸式盐以及草酸锂均可溶
②常温时，有关物质Ksp如下表(单位略)：
Fe(OH)3 Al(OH)3 NiC2O4 CoC2O4 MnC2O4 Ni(OH)2 Co(OH)2 Mn(OH)2
8×10－38 3×10－34 4×10－10 6.3×10－8 1.7×10－7 2×10－15 5.9×10－15 2.1×10－13
(1)通入空气，800℃焙烧目的是_______________________________
(2)已知LiNixCoyMn1－x－yO2中Ni、Co、Mn化合价相同，则它们的化合价为____________
(3)加入草酸加热时，Ni、Co、Mn元素部分转化为NiC2O4、CoC2O4、MnC2O4沉淀，而另一部分以草酸的酸式盐形式进入溶液。写出LiCoO2与草酸反应生成CoC2O4沉淀的化学方程式：_________________
(4)焙烧后黑色粉的平均粒度(颗粒直径表示)与Li＋的浸出率关系如图所示，原因是_______________
(5)滤液1加NaOH调pH为4～5目的是______________________________
(6)滤液2调pH＝7时，溶液中eq \f(c(C2O),c(HC2O))＝________________
8．从废旧锂离子二次电池(主要成分为LiCoO2，还含有少量石墨和镀镍金属钢壳、铝箔以及钙等杂质)中回收钴和锂的工艺流程如下，回答下列问题：
(1)“碱浸”的目的是____________________________________________________
(2)“酸浸”过程中LiCoO2发生反应的离子方程式为：_________________________________________________，
浸渣中含有的主要成分是________
(3)“萃取净化”除去的杂质离子有Ni2＋外，还有_________________________________________
(4)“萃取分离”中钴、锂萃取率与平衡pH关系如图所示， pH一般选择5左右，理由是_____________________
(5)“沉锂”中Li2CO3溶解度随温度变化曲线如下图所示：
①根据平衡原理分析Li2CO3在水中溶解度随温度变化的原因_______________________________________
②为获得高纯Li2CO3，提纯操作依次为趁热过滤、________、干燥。
③若“沉锂”中c(Li＋)＝1.0 mol·L－1，加入等体积等浓度Na2CO3溶液，此时实验所得沉锂率为________
(已知Li2CO3的Ksp为9.0×10－4)
9．近年来，随着锂离子电池的广泛应用，废锂离子电池的回收处理至关重要。下面是利用废锂离子电池正极材料(有Al、LiCoO2、Ni、Mn、Fe等)回收钴、镍、锂的流程图，回答下列问题：
已知：P204[二(2乙基己基)磷酸酯]常用于萃取锰，P507(2乙基己基磷酸2乙基己酯)和Cyanex272[二(2,4，4)三甲基戊基次磷酸]常用于萃取钴和镍。
(1)在硫酸存在的条件下，正极材料粉末中LiCoO2与H2O2反应能生成使带火星木条复燃的气体，请写出反应的化学方程式：_______________________________________
(2)已知P507萃取金属离子的原理为nHR(Org)＋Mn＋(aq)??MRn(Org)＋nH＋(aq)，且随着萃取过程中pH降低，萃取效率下降。萃取前先用NaOH对萃取剂进行皂化处理，皂化萃取剂萃取金属离子的反应为
nNaR(Org)＋Mn＋(aq)MRn(Org)＋nNa＋(aq)。对萃取剂进行皂化处理的原因为________________________
(3)控制水相pH＝5.2，温度25 ℃，分别用P507、Cyanex272作萃取剂，萃取剂浓度对萃取分离钴、镍的影响实验结果如图所示。由图可知，钴、镍的萃取率随萃取剂浓度增大而________(填“增大”或“减小”)；两种萃取剂中____________(填“P507”或“Cyanex272”)的分离效果比较好，若选P507为萃取剂，则最适宜的萃取剂浓度大约为____ mol·L－1；若选Cyanex272为萃取剂，则最适宜的萃取剂浓度大约为__________ mol·L－1
(4)室温下，用NaOH溶液调节钴萃余液的pH＝12，搅拌一段时间后，静置，离心分离得到淡绿色氢氧化镍固体，镍沉淀率可达99.62%。已知Ksp[Ni(OH)2]＝5.25×10－16，则沉镍母液中Ni2＋的浓度为2.1×10－11 mol·L－1时，pH＝________(lg 5＝0.7)
10．锂离子电池应用很广，其正极材料可再生利用，某锂离子电池的正极材料有钴酸锂(LiCoO2)、导电剂乙炔黑和铝箔等。充电时，该锂离子电池负极发生的反应为：6C＋xLi+＋xe－＝LixC6。现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源(部分条件未给出)。回答下列问题：
(1)LiCoO2中，Co元素的化合价为________
(2)写出“正极碱浸”中发生反应的离子方程式________________________________
(3)“酸浸”一般在80℃下进行，写出该步骤中发生的所有氧化还原反应的化学方程式________________________、__________________________________________________；可用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液，但缺点是________________________________
(4)写出“沉钴”过程中反应的化学方程式________________________
(5)充电过程中，发生LiCoO2与Li1-XCoO2之间的转化，写出放电时电池反应方程式________________
(6)上述工艺中，“放电处理”有利于锂在正极的回收，其原因是________________________________________，在整个回收工艺中，可回收的金属化合物有________________(填化学式)
11．氢化铝锂(LiAlH4)是有机合成中的重要还原剂。某课题组设计实验制备氢化铝锂并测定其纯度。已知：氢化铝锂、氢化锂遇水都剧烈反应并产生同一种气体。活泼金属硫化物与酸反应产生H2S气体
Ⅰ．制备氢化锂：选择下图中的装置制备氢化锂(有些装置可重复使用)：
(1)装置的连接顺序(从左至右)为A→___________________________________
(2)检查好装置的气密性，打开装置A中分液漏斗的活塞后，点燃酒精灯前需进行的实验操作是________
Ⅱ．制备氢化铝锂
1947年，Schlesinger、Bond和Finholt首次制得氢化铝锂，其方法是使氢化锂与无水三氯化铝按一定比例在乙醚中混合，搅拌，充分反应后，经一系列操作得到LiAlH4晶体
(3)写出氢化锂与无水三氯化铝反应的化学方程式_________________________
Ⅲ．测定氢化铝锂产品(不含氢化锂)的纯度
(4)按下图连接好装置后，检查装置气密性的操作是：_____________________。装好药品(Y形管中的蒸馏水足量，为了避免氢化铝锂遇水发生爆炸，蒸馏水中需掺入四氢呋喃作稀释剂)，启动反应的操作是_______________
(5)在标准状况下，反应前量气管(由碱式滴定管改装而成)读数为V1 mL，反应完毕并冷却之后，量气管读数为V2 mL。该样品的纯度为_________(用含a、V1、V2的代数式表示)。如果起始读数时俯视刻度线，测得的结果将_________(填“偏高”“偏低”或“无影响”)
12．锂是最轻的活泼金属，其单质及其化合物有广泛的用途。回答下列问题：
(1)用碳酸锂和_______反应可制备氯化锂，工业上可由电解LiCl-KCl的熔融混合物生产金属锂，阴极上的电极反应式为__________
(2)不可使用二氧化碳灭火器扑灭因金属锂引起的火灾，其原因是_________________________
(3)硬脂酸锂是锂肥皂的主要成分，可作为高温润滑油和油脂的稠化剂。鉴别硬脂酸锂与硬脂酸钠、硬脂酸钾可采用的实验方法和现象分别是_____________________________________
【锂及其化合物】答案
1．(1)Mg(OH)2
(2)将Ca2+转化成CaCO3沉淀除去，同时不引入新杂质
(3)蒸发浓缩 趁热过滤
(4)不稳定 Li+＋HCO===LiHCO3，2LiHCO3===Li2CO3↓＋CO2↑＋H2O
(5)能达到相同效果，因为改为通入过量的CO2，则LiOH转化为LiHCO3，结合(4)的探究结果，LiHCO3也会很快分解产生Li2CO3，所以这一改动能达到相同的效果
解析：浓缩卤水(含有Na+、Li+、Cl－和少量Mg2+、Ca2+)中加入石灰乳[Ca(OH)2]后得到含有Na+、Li+、Cl－和Ca2+的滤液1，沉淀1为Mg(OH)2，向滤液1中加入Li2CO3后，得到滤液2，含有的离子为Na+、Li+、Cl－和OH－，沉淀2为CaCO3，向滤液2中加入Na2CO3，得到Li2CO3沉淀，再通过蒸发浓缩，趁热过滤，洗涤、干燥后得到产品Li2CO3。
(1)浓缩卤水中含有Mg2+，当加入石灰乳后，转化为Mg(OH)2沉淀，所以沉淀1为Mg(OH)2；
(2)滤液1中含有Na+、Li+、Cl－和Ca2+，结合已知条件：LiOH的溶解度和化合物的溶度积常数，可推测，加入Li2CO3的目的是将Ca2+转化成CaCO3沉淀除去，同时不引入新杂质；
(3)由Li2CO3的溶解度曲线可知，温度升高，Li2CO3的溶解度降低，即在温度高时，溶解度小，有利于析出，所以为提高Li2CO3的析出量和纯度，需要在较高温度下析出并过滤得到沉淀，即依次蒸发浓缩，趁热过滤，洗涤。故答案为：蒸发浓缩，趁热过滤；
(4)饱和LiCl和饱和NaHCO3等体积混合后，产生了LiHCO3和NaCl，随后LiHCO3分解产生了CO2和Li2CO3。故答案为：不稳定，Li+ +HCO= LiHCO3，2LiHCO3 = Li2CO3↓ + CO2↑+ H2O；
(5)“滤液2”中含有LiOH，加入Na2CO3，目的是将LiOH转化为Li2CO3。若改为通入过量的CO2，则LiOH转化为LiHCO3，结合(4)的探究结果，LiHCO3也会很快分解产生Li2CO3，所以这一改动能达到相同的效果。故答案为：能达到相同效果，因为改为通入过量的CO2，则LiOH转化为LiHCO3，结合(4)的探究结果，LiHCO3也会很快分解产生Li2CO3，所以这一改动能达到相同的效果。
2．(1)LiOH
(2)B
(3)①AC ②d f c b ③Li2O
(4)①抽气泵
②抽除空气，避免LiI被氧化，减压，有利脱水
解析：(1)将酸性溶液调节成中，又不引入新的杂质，可选用LiOH 调节pH值；
(2)A.用冰水浴快速冷却结晶得到的是较小颗粒的晶体，故A错误；B.抽滤可以加快过滤速度，得到较干燥的晶体，故B正确；C.LiI易溶于水，溶解度随温度升高而增大，故C错误；D.LiI 3H2O在75~80℃转变成LiI 2H2O，80~120℃转变成LiI H2O，故D错误
(3)①润洗容量瓶会使浓度偏大；润洗锥形瓶消耗更多的待测液，测定的待测液浓度偏大；②移液管的正确使用步骤为蒸馏水洗涤→待转移溶液润洗→洗耳球吸溶液至移液管标线以上，食指堵住管口→放液至凹液面最低处与移液管标线相切，按紧管口→移液管尖与锥形瓶内壁接触，松开食指放液设备→放液完毕，停留数秒，取出移液管→洗净，放回管架；③LiI在空气中受热易被氧化生成Li2O；
(4)①设备X的作用是将仪器内的空气抽出，其名称为抽气泵；②该方案抽出空气且瓶内压强较低，抽除空气，避免LiI被氧化，减压，有利脱水；
3．(1)Ca2＋、Mn2＋
(2)除去过量的碳酸钠，避免蒸发浓缩时析出碳酸锂
(3)Mg(OH)2和盐酸反应可生成MgCl2溶液，在HCl气流中蒸发MgCl2溶液得到无水MgCl2
(4)0.18 mol·L－1
(5)减少碳酸锂在洗涤过程中的损失 过滤速率快，得到的沉淀较干燥
(6)2Li2CO3＋4CoCO3＋O24LiCoO2＋6CO2
解析：海水中含较大浓度的LiCl及少量MgCl2、CaCl2、MnCl2等，加入纯碱，得到CaCO3、MnCO3、MgCO3等沉淀，滤液中主要含LiCl、NaCl及过量的Na2CO3，则向滤液中加入盐酸调节溶液pH，目的是除去过量的碳酸钠，防止蒸发浓缩时生成Li2CO3；蒸发浓缩、再次除杂后，向滤液中加入纯碱得到Li2CO3沉淀，将Li2CO3、CoCO3、O2混合加热反应生成LiCoO2和CO2。
(1)结合已知①知“除杂1”步骤中除去的杂质离子为Mg2＋和Ca2＋、Mn2＋。
(3)Mg(OH)2和盐酸反应可生成MgCl2溶液，MgCl2为强酸弱碱盐，直接加热MgCl2溶液会促使MgCl2水解生成Mg(OH)2和HCl，为抑制MgCl2水解，需在HCl气流中蒸发MgCl2溶液。
(4)20 ℃时碳酸锂在水中的溶解度为1.295 g，则饱和溶液中碳酸锂的质量分数为×100％，饱和溶液密度为1.014 8 g·cm－3，则其中Li2CO3的物质的量浓度为＝ mol·L－1≈0.18 mol·L－1。
(5)Li2CO3微溶于热水，可溶于冷水，故“热水洗涤”可减少碳酸锂在洗涤过程中的损失。图示为减压过滤装置，该装置可加快过滤速率，减少温度降低后碳酸锂溶于冷水中的损失，且该装置所得固体较干燥。
(6)由题意知，“合成”工序中Li2CO3、CoCO3、O2在高温条件下反应生成LiCoO2和CO2，化学方程式为2Li2CO3＋4CoCO3＋O24LiCoO2＋6CO2。
4．(1)负极生成的锂离子向正极移动，在正极上生成钴酸锂，便于回收　
(2)80 ℃　2LiCoO2＋6H＋＋H2O22Li＋＋2Co2＋＋4H2O＋O2↑　
(3)取少量最后一次洗涤液于试管中，加盐酸酸化，再滴加氯化钡溶液，若不产生白色沉淀，说明已洗涤干净，反之则未洗净　
(4)CoSO4＋(NH4)2C2O4＋2H2O===CoC2O4·2H2O↓＋(NH4)2SO4　97%
解析：(2)由图可知，当温度高于80 ℃时，钴元素的浸出率降低，则“酸浸”的适宜温度是80 ℃；由题意可知，在酸性溶液中，钴酸锂与过氧化氢发生反应的离子方程式为2LiCoO2＋6H＋＋H2O22Li＋＋2Co2＋＋4H2O＋O2↑。
(4)100 mL 0.50 mol·L－1硫酸亚钴理论上可制得CoC2O4·2H2O的物质的量为0.50 mol·L－1×0.1 L＝0.050 mol，由题意可得：2CoC2O4·2H2O～I2，由消耗48.50 mL 0.50 mol·L－1碘标准溶液可知实际制得CoC2O4·2H2O的物质的量为0.50 mol·L－1×0.048 50 L×2＝0.048 5 mol，则沉钴过程中CoC2O4·2H2O的产率为×100%＝97%。
5．(1)2LiCoO2+3H2SO4+H2O2=Li2SO4+2CoSO4+4H2O+O2↑
(2)Cl2
(3)在80℃之前，浸出率随温度的升高而升高，是因为温度升高，反应速率增大；80℃之后，H2O2的分解速率大于H2O2被氧化的速率，使得浸出率下降
(4)2.1
(5)4CoC2O4+2Li2CO3+3O24LiC2O4+10CO2
(6)Co3O4
解析：（1）酸浸过程中常添加30%的H2O2以提高浸出效率，H2O2的加入可以将CoO变成Co2+，涉及的反应方程式为2LiCoO2+3H2SO4+H2O2=Li2SO4+2CoSO4+4H2O+O2↑；（2）HCl中Cl-可以失电子生成Cl2，Cl2有毒，可以污染空气，因此不用盐酸代替硫酸和过氧化氢；（3）从表中可以看出，当温度小于80℃时，Co的浸出率随温度的升高而升高，但温度高于80℃时，Co的浸出率有所下降，这是因为：温度升高，反应速率增大，但当温度大于80℃之后，H2O2的分解速率大于H2O2被氧化的速率，使得浸出率下降；（4）Co2+与草酸反应生成CoC2O4的离子方程式为Co2++H2C2O4=CoC2O4↓+2H+，反应的平衡常数表达式K=，由草酸的电离平衡常数Ka1、Ka2和草酸钴的沉淀溶解平衡常数Ksp可以导出该反应的平衡常数，K===2.1；（5）高温下，CoC2O4、Li2CO3和O2反应生成LiCoO2的反应方程式为4CoC2O4+2Li2CO3+3O24LiC2O4+10CO2；
（6）高温下，CoC2O4煅烧生成Co氧化物和CO2，标准状况下，2.016L CO2的物质的量n===0.09mol，由化学式可知CoC2O4中n(Co)=0.09mol×=0.045mol，则氧化物中n(O)==0.06mol，氧化物中钴、氧物质的量比为n(Co)∶n(O)=0.045mol∶0.06mol=3∶4，由化学式中各原子的物质的量比等于原子个数比可得钴氧化物的化学式为Co3O4。
6．(1)化学能→电能→热能
(2)H2　NaAlO2＋HCl＋H2O===NaCl＋Al(OH)3↓
(3)8LiCoO2＋S2O＋22H＋===8Li＋＋8Co2＋＋2SO＋11H2O　Cl2
(4)NaOH溶液或氢氧化钠固体　1.09×10－6 mol/L
(5)蒸发浓缩　趁热过滤
解析：(3) 根据流程可知，＋3价的钴被还原为＋2价，做氧化剂，而硫代硫酸根离子做还原剂，被氧化为硫酸根离子，所以“酸浸”时主要反应的离子方程式为8LiCoO2＋S2O＋22H＋===8Li＋＋8Co2＋＋2SO＋11H2O；若硫酸、Na2S2O3溶液用一定浓度的盐酸替代，也可以达到“酸浸”的目的，但盐酸易被氧化为氯气，会发生2LiCoO2＋8HCl===2LiCl＋2CoCl2＋Cl2↑＋4H2O反应，产生Cl2污染环境。(4) 由最终产物及加碱调节pH流程可知，“沉钴”时，既能达到目的，又不能引入杂质，调pH所用的试剂是NaOH，“沉钴”后溶液中c(Co2＋)＝ mol/L＝1.09×10－6 mol/L。(5) 由图可知，温度高时碳酸锂的溶解度小，则“沉锂”中获得Li2CO3固体的操作主要包括蒸发浓缩、趁热过滤、洗涤、干燥等步骤。
7．(1)除去正极材料中的碳　
(2)＋3
(3)4H2C2O4＋2LiCoO2===Li2C2O4＋2CoC2O4＋4H2O＋2CO2↑
(4)粒度越大，表面积(比表面积)越小，反应物接触面积就越小，反应速率越慢，且反应不充分
(5)使Fe3＋和Al3＋转化为氢氧化物沉淀除去
(6)5.4×102
解析：废旧锂离子电池正极材料的主要成分为碳棒和LiNixCoyMn1－x－yO2，另含少量Al、Fe杂质，经800 ℃焙烧，将碳转化为二氧化碳；加入草酸加热时，Ni、Co、Mn元素部分转化为NiC2O4、CoC2O4、MnC2O4沉淀，而另一部分以草酸的酸式盐形式进入溶液；加入氢氧化钠调节pH除去Fe3＋，Al3＋，再加碳酸钠沉淀Li＋；最终焙烧，得可再生电池粉。(5) 通过氢氧化铁的溶度积可算出Fe3＋离子浓度为10－5 mol/L时，OH－的浓度为2×10－11 mol/L，H＋的浓度为5×10－4 mol/L，所以pH为－lg(5×10－4)＝3.3时Fe3＋沉淀完全，同理，Al3＋沉淀完全pH约为3。(6) 溶液中eq \f(c(C2O),c(HC2O))＝＝＝5.4×102。
8．(1)除去铝　
(2)2LiCoO2 ＋H2O2 ＋6H＋===2Li＋＋2Co2＋＋O2↑ ＋ 4H2O　石墨、硫酸钙　
(3)Fe3＋
(4)分离效率最高
(5)①Li2CO3溶解过程为放热反应　②洗涤　③88.0%
解析　(1)“碱浸”的目的是用氢氧化钠溶液将其中的Al溶解。
(2)LiCoO2中Co为＋3价，最后生成的CoSO4中Co为＋2价，所以酸浸这一步中，加入H2O2的目的是为了将＋3价Co还原为＋2价Co，所以反应的离子方程式为：2 LiCoO2 ＋ H2O2 ＋ 6H＋===2Li＋＋2Co2＋ ＋ O2↑ ＋ 4 H2O。浸渣中主要是不与酸反应的石墨以及生成的硫酸钙沉淀。
(3)整个提取的过程中需要除去的杂质是Ca、Fe、Al、Ni；在前面的步骤中已经除去了Al和Ca，所以萃取净化应该要除去Ni2＋和Fe3＋。
(4)由图示在pH为5左右的时候，Co和Li的萃取率差异最大，此时分离的效果最好。
(5)①图中显示随着温度升高，碳酸锂的溶解度逐渐减小，所以推测该物质溶于水的过程是放热的。
②提取的过程为趁热过滤，洗涤，干燥，所以答案为：洗涤。
③c(Li＋)＝1.0 mol·L－1，加入等体积等浓度Na2CO3溶液，则碳酸钠的浓度也是
1.0 mol·L－1，加入的瞬间溶液体积转化为原来的2倍，浓度都是原来的一半，即
c(Li＋)＝c(CO)＝0.5 mol·L－1，沉淀出碳酸锂，所以碳酸根过量1倍，剩余c(CO)＝0.25 mol·L－1，代入Ksp的计算式得到c(Li＋)＝eq \r(\f(Ksp,c（CO）))＝＝0.06(mol/L)。因为两溶液混合的瞬间c(Li＋)＝0.5mol/L，所以沉锂率为(0.5－0.06)÷0.5＝88%。
9．(1)2LiCoO2＋3H2SO4＋H2O2===Li2SO4＋O2↑＋2CoSO4＋4H2O
(2)维持萃取过程中pH恒定
(3)增大　Cyanex272　0.25　0.4
(4)11.7
解析：(1)LiCoO2与硫酸和H2O2反应生成能使带火星木条复燃的气体，说明LiCoO2在硫酸作用下把H2O2氧化成O2，＋3价Co降低为＋2价的Co2＋，方程式为2LiCoO2＋3H2SO4＋H2O2===Li2SO4＋O2↑＋2CoSO4＋4H2O。
(2)nHR(Org)＋Mn＋(aq)MRn(Org)＋nH＋(aq)，会使溶液酸性增强，萃取效率下降，故用NaOH进行皂化处理后离子反应变为nNaR(Org)＋Mn＋(aq)MRn(Org)＋nNa＋(aq)，反应前后pH基本不变，根据题意可知，萃取效率不会降低。故萃取前先用NaOH对萃取剂进行皂化处理的目的是维持萃取过程中pH恒定。(3)由图可知，钴、镍的萃取率随萃取剂浓度增大而呈增大趋势，萃取时“Cyanex272”比“P507”对钴、镍萃取率的差值大，Cyanex272分离效果好。选P507为萃取剂，浓度在0.25 mol·L－1以后变化不大，所以0.25 mol·L－1最好；选Cyanex272萃取剂，浓度在0.40 mol·L－1以后变化不大，所以0.4 mol·L－1最好。(4)Ksp[Ni(OH)2]＝c(Ni2＋)·c2(OH－)＝
5.25×10－16，c2(OH－)＝＝2.5×10－5，c(OH－)＝5×10－3，pOH＝3－lg 5＝2.3，pH＝14－pOH＝14－2.3＝11.7。
10．(1)＋3
(2)2Al＋2OH－＋6H2O===2Al(OH)＋3H2↑
(3)2LiCoO2＋3H2SO4＋H2O2Li2SO4＋2CoSO4＋O2↑＋4H2O 2H2O22H2O＋O2 ↑
有氯气生成，污染较大
(4)CoSO4＋2NH4HCO3===CoCO3↓＋(NH4)2SO4＋H2O＋CO2↑
(5)Li1－xCoO2＋LixC6＝LiCoO2＋6C
(6)Li+从负极中脱出，经由电解质向正极移动并进入正极材料中 Al(OH)3、CoCO3 、Li2SO4
解析：(1)根据化合物化合价代数等零，可求Co元素的化合价等＋3
(2)正极上有废铝，用碱浸就是溶解铝。
(3)酸浸后，水相中得到Co2+，说明H2O2在酸性环境下，还原了三价Co，即三价Co，有较强的氧化性，如用盐酸，Cl－也会被氧化成氯气，污染了环境。
(4)“沉钴”就是CoSO4与NH4HCO3反应，CoSO4＋2NH4HCO3===CoCO3↓＋(NH4)2SO4＋H2O＋CO2↑
(5)已知充电时，负极反应为：6C＋xLi+＋xe－＝LixC6，则放电时，负极的电极反应：LixC6－xe－＝6C＋xLi+，
Li1－xCoO2＋xe－＋xLi+＝LiCoO2，放电时，总反应式：Li1－xCoO2＋LixC6＝LiCoO2＋6C
(6)负极上锂元素进入溶液后，在内电场作用下移到正极，在正极区富集。由流程图可知，整个工艺中，可回收到的金属化合物有Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4
11．(1)D→B→C→B→E
(2)用小试管在装置E的水槽中收集气体并验纯
(3)4LiH+AlCl3═LiAlH4+3LiCl
(4)向量气管中加水至左右出现液面差，静置，若液面差保持稳定，则装置气密性良好
(5)倾斜Y形管，将蒸馏水(掺入四氢呋喃)全部注入a g产品中
(5)19(V2－V1)/448a% 偏高
12．(1)盐酸 Li＋＋e－＝Li
(2)金属锂在CO2仍可燃烧
(3)分别取样品进行焰色反应，锂盐焰色为深红色，钠盐焰色为黄色，钾盐焰色为紫色(透过蓝色钴玻璃)
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