Question

鋰離子電池的應用很廣，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）、導電劑乙炔黑和鋁箔等．充電時，該鋰離子電池負極發(fā)生的反應為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元素的化合價為

+3

．
（2）寫出“正極堿浸”中發(fā)生反應的離子方程式

2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑

．
（3）“酸浸”一般在80℃下進行，寫出該步驟中發(fā)生的所有氧化還原反應的化學方程式

2LiCoO₂+3H₂SO₄+H₂O₂

△   .

Li₂SO₄+2CoSO₄+O₂↑+4H₂O
2H₂O₂

△   .

2H₂O+O₂↑

；可用鹽酸代替H₂SO₄和H₂O₂的混合液，但缺點是

有氯氣生成，污染較大

．
（4）寫出“沉鈷”過程中發(fā)生反應的化學方程式

CoSO₄+2NH₄HCO₃=CoCO₃↓+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O

．
（5）充放電過程中，發(fā)生LiCoO₂與Li_1-xCoO₂之間的轉化，寫出放電時電池反應方程式

Li_1-xCoO₂+Li_xC₆=LiCoO₂+6C

．
（6）上述工藝中，“放電處理”有利于鋰在正極的回收，其原因是

Li⁺從負極中脫出，經由電解質向正極移動并進入正極材料中

．在整個回收工藝中，可回收到的金屬化合物有

Al（OH）₃、CoCO₃、Li₂SO₄

（填化學式）．

Answer 1

分析：（1）根據化合物中，化合價的代數(shù)和為0判斷；
（2）堿浸正極時，鋁和氫氧根離子反應生成偏鋁酸根離子和氫氣；
（3）根據所加入的反應物以及生成物結合質量守恒定律來書寫化學方程式；由題中信息知LiCoO₂具有強氧化性，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生成碳酸鈷沉淀；
（5）放電時，Li_1-xCoO₂和Li_xC₆發(fā)生氧化還原反應生成LiCoO₂和C；
（6）“放電處理”有利于鋰在正極的回收，Li⁺從負極中脫出，經由電解質向正極移動，在整個回收工藝中，可回收到的金屬化合物有Al（OH）₃、CoCO₃、Li₂SO₄．

解答：解：（1）根據化合物中，化合價的代數(shù)和為0知，LiCoO₂中，Co元素的化合價為+3價，故答案為：+3；
（2）正極中含有鋁，鋁易溶于強堿溶液生成AlO₂^-，反應的離子方程式為2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，
故答案為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；
（3）酸浸時反應物有硫酸、過氧化氫以及LiCoO₂，生成物有Li₂SO₄和CoSO₄，反應方程式為：2LiCoO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Li₂SO₄+2CoSO₄+O₂↑+4H₂O，由題中信息知LiCoO₂具有強氧化性，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生成碳酸鈷沉淀、硫酸銨、二氧化碳和水，反應方程式為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)生氧化還原反應生成LiCoO₂和C，反應方程式為：Li_1-xCoO₂+Li_xC₆=LiCoO₂+6C，
故答案為：Li_1-xCoO₂+Li_xC₆=LiCoO₂+6C；
（6）放電時，負極上生成鋰離子，鋰離子向正極移動并進入正極材料中，所以“放電處理”有利于鋰在正極的回收，根據流程圖知，可回收到的金屬化合物有Al（OH）₃、CoCO₃、Li₂SO₄，
故答案為：Li⁺從負極中脫出，經由電解質向正極移動并進入正極材料中；Al（OH）₃、CoCO₃、Li₂SO₄．

點評：本題為生產流程題，涉及金屬的回收、環(huán)境保護、氧化還原反應、物質的分離提純和除雜等問題，題目較為綜合，做題時注意仔細審題，從題目中獲取關鍵信息，難度中等，難點是電極反應式的書寫．