Question

鋰離子電池的應(yīng)用很廣，其正極材料可再生利用．某鋰離子電池正極材料有鈷酸鋰（LiCoO₂）、導(dǎo)電劑乙炔黑和鋁箔等．充電時(shí)，該鋰離子電池負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)為6C+xLi⁺+xe^-═Li_xC₆．現(xiàn)欲利用以下工藝流程回收正極材料中的某些金屬資源（部分條件未給出）．

回答下列問題：
（1）LiCoO₂中，Co元素的化合價(jià)為______．
（2）寫出“正極堿浸”中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式______．
（3）“酸浸”一般在80℃下進(jìn)行，寫出該步驟中發(fā)生的所有氧化還原反應(yīng)的化學(xué)方程式______；可用鹽酸代替H₂SO₄和H₂O₂的混合液，但缺點(diǎn)是______．
（4）寫出“沉鈷”過程中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式______．
（5）充放電過程中，發(fā)生LiCoO₂與Li_1-xCoO₂之間的轉(zhuǎn)化，寫出放電時(shí)電池反應(yīng)方程式______．
（6）上述工藝中，“放電處理”有利于鋰在正極的回收，其原因是______．在整個(gè)回收工藝中，可回收到的金屬化合物有______（填化學(xué)式）．

Answer 1

解：（1）根據(jù)化合物中，化合價(jià)的代數(shù)和為0知，LiCoO₂中，Co元素的化合價(jià)為+3價(jià)，故答案為：+3；
（2）正極中含有鋁，鋁易溶于強(qiáng)堿溶液生成AlO₂^-，反應(yīng)的離子方程式為2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，
故答案為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；
（3）酸浸時(shí)反應(yīng)物有硫酸、過氧化氫以及LiCoO₂，生成物有Li₂SO₄和CoSO₄，反應(yīng)方程式為：2LiCoO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Li₂SO₄+2CoSO₄+O₂↑+4H₂O，由題中信息知LiCoO₂具有強(qiáng)氧化性，加入鹽酸有污染性氣體氯氣生成，
故答案為：2LiCoO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Li₂SO₄+2CoSO₄+O₂↑+4H₂O；有氯氣生成，污染較大；
（4）“沉鈷”過程中硫酸鈷和碳酸氫銨反應(yīng)生成碳酸鈷沉淀、硫酸銨、二氧化碳和水，反應(yīng)方程式為CoSO₄+2NH₄HCO₃=CoCO₃↓+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O，
故答案為：CoSO₄+2NH₄HCO₃=CoCO₃↓+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O；
（5）充放電過程中，Li_1-xCoO₂和Li_xC₆發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成LiCoO₂和C，反應(yīng)方程式為：Li_1-xCoO₂+Li_xC₆=LiCoO₂+6C，
故答案為：Li_1-xCoO₂+Li_xC₆=LiCoO₂+6C；
（6）放電時(shí)，負(fù)極上生成鋰離子，鋰離子向正極移動(dòng)并進(jìn)入正極材料中，所以“放電處理”有利于鋰在正極的回收，根據(jù)流程圖知，可回收到的金屬化合物有Al（OH）₃、CoCO₃、Li₂SO₄，
故答案為：Li⁺從負(fù)極中脫出，經(jīng)由電解質(zhì)向正極移動(dòng)并進(jìn)入正極材料中；Al（OH）₃、CoCO₃、Li₂SO₄．
分析：（1）根據(jù)化合物中，化合價(jià)的代數(shù)和為0判斷；
（2）堿浸正極時(shí)，鋁和氫氧根離子反應(yīng)生成偏鋁酸根離子和氫氣；
（3）根據(jù)所加入的反應(yīng)物以及生成物結(jié)合質(zhì)量守恒定律來書寫化學(xué)方程式；由題中信息知LiCoO₂具有強(qiáng)氧化性，加入鹽酸有污染性氣體氯氣生成；
（4）“沉鈷”過程中硫酸鈷和碳酸氫銨反應(yīng)生成碳酸鈷沉淀；
（5）放電時(shí)，Li_1-xCoO₂和Li_xC₆發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成LiCoO₂和C；
（6）“放電處理”有利于鋰在正極的回收，Li⁺從負(fù)極中脫出，經(jīng)由電解質(zhì)向正極移動(dòng)，在整個(gè)回收工藝中，可回收到的金屬化合物有Al（OH）₃、CoCO₃、Li₂SO₄．
點(diǎn)評(píng)：本題為生產(chǎn)流程題，涉及金屬的回收、環(huán)境保護(hù)、氧化還原反應(yīng)、物質(zhì)的分離提純和除雜等問題，題目較為綜合，做題時(shí)注意仔細(xì)審題，從題目中獲取關(guān)鍵信息，難度中等，難點(diǎn)是電極反應(yīng)式的書寫．