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水溶液中的离子反应与平衡复习
（第二课时）
隔膜
负极板
正极板
LiCoO2
主要成分
课堂任务：废旧锂离子电池正极材料的回收
回收任务:
回收Co
回收Li
任务拆解
以CoCO3回收Co
以Li2CO3回收Li
回收流程设计
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
LiCoO2
√
以Li2CO3回收Li
任务一：分析Li元素的转化原理
沉淀剂
LiCoO2 (s)
Li2CO3 (s)
Li+
(aq)
酸
+1
+1
①
②
2LiCoO2 + 3H2SO4 + H2O2 = Li2SO4 + 2CoSO4 + O2↑ + 4H2O
i
任务二：选择合适的沉淀剂
可选试剂：Na2CO3溶液、
NaHCO3溶液、
NH4HCO3溶液
已知：工业上选择的沉淀剂为Na2CO3溶液
为什么不选NH4HCO3
任务二：选择合适的沉淀剂
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
任务三：探究所选沉淀剂的可行性
模型建构
迁移应用
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 是否可以转化成CoCO3
Li+
可行性分析
Li2CO3 是否可以生成
LiOH是否不能生成
LiOH是否可以转化成Li2CO3
任务三：探究所选沉淀剂的可行性
1. Li2CO3 是否可以生成
可行性分析
计算1：假设溶液中 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视为沉淀完全 )
Li2CO3 LiOH
Ksp
28.4
8×10-4
计算1：假设溶液中 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视为沉淀完全 )
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-) 为：
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
任务三：探究所选沉淀剂的可行性
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
饱和溶液 c mol/L 1.6 0.86 2.4
i
任务三：探究所选沉淀剂的可行性
选择饱和Na2CO3溶液
适当升温，降低Li2CO3的溶解度
1. Li2CO3 是否可以生成
可行性分析
趁热过滤
√
任务三：探究所选沉淀剂的可行性
2. LiOH是否不能生成
可行性分析
计算2：假设溶液中 c(Li+) = 0.1mol/L，试计算LiOH的离子积，判断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
计算2：假设溶液中 c (Li+) = 0.1mol/L，试计算LiOH的离子积，判断LiOH是否可以生成
Q = c (Li+) · c (OH-)
= 1×10-3.4
< 28.4 = Ksp(LiOH )
由 pH = 11.6
则 c (OH-) = 1×10-2.4 mol/L
LiOH不能生成
任务三：探究所选沉淀剂的可行性
所选沉淀剂：Na2CO3溶液
1. Li2CO3 可以生成
可行性分析
√
2. LiOH 不能生成
3. LiOH是否可以转化成Li2CO3
√
任务三：探究所选沉淀剂的可行性
3. LiOH是否可以转化成Li2CO3
可行性分析
计算3：判断LiOH是否可以接近完全转化成Li2CO3
2LiOH(s) + CO32-(aq) Li2CO3(s) + 2OH-(aq)
Li2CO3 LiOH
Ksp
28.4
8×10-4
计算3：判断LiOH是否可以接近完全转化成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可以接近完全转化为Li2CO3
计算3：试比较沉淀转化方程式的Q和K，判断Co(OH)2 是否可以接近完全转化成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
计算3：判断LiOH是否可以接近完全转化成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
第一课时：
Co(OH)2 转化成CoCO3
第二课时：
LiOH
转化成Li2CO3
任务三：探究所选沉淀剂的可行性
1. Li2CO3 可以生成
可行性分析
√
2. LiOH 不能生成
3. LiOH可以接近完全转化成Li2CO3
√
√
所选沉淀剂：Na2CO3溶液
任务拆解
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
回收流程设计
Ⅲ
如何实现Co2+和Li+的分别沉淀
√
√
任务四：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)
有机相
反萃取
有机相
水相(CoSO4溶液)
沉钴
NH4HCO3溶液
饱和Na2CO3溶液
沉锂
过滤
过滤
再生回收
任务四：Co2+和Li+的分步沉淀
方法二：沉淀剂法
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
可选试剂：Na2C2O4溶液、(NH4)2C2O4溶液 (浓度相同)
思考：选择哪一种沉淀剂 原因是什么
√
沉钴
浓缩
沉锂
饱和(NH4)2C2O4溶液
饱和Na2CO3溶液
CoC2O4
Li2CO3
CoCO3
粉碎
LiCoO2
酸浸
4mol/L H2SO4
H2O2溶液
80oC
任务五：完整回收流程的设计
CoCO3 CoC2O4
Ksp 近似值 1.0×10-13 6.0×10-8
√

小结
理论分析
实验验证
模型建构
迁移应用
水的电离平衡
弱酸的电离平衡
沉淀溶解平衡
用NH4HCO3溶液沉钴
得到CoCO3
沉淀
选择合适的沉淀剂
用饱和Na2CO3溶液沉锂
得到Li2CO3
沉淀
第一课时
第二课时
小结
任务拆解
综合考虑
实际问题解决
从废旧锂离子电池正极材料中以CoCO3和Li2CO3的形式回收钴和锂
以CoCO3回收Co
以Li2CO3回收Li
Ⅰ
Ⅱ
LiCoO2
回收流程设计
Ⅲ
展望
现实
理想
工具

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