Question

【題目】鋰電池應用很廣，某種鋰離子電池，其正極材料可再生利用。其正極材料有鈷酸鋰(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-=LixC6，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）寫出“正極堿浸”中發(fā)生反應的化學方程式____________；

（2）“酸浸”一般在80℃下進行，寫出該步驟中發(fā)生的主要氧化還原反應的化學方程式________________________；如果可用鹽酸代替H2SO4和H2O2的混合溶液，可能發(fā)生反應的離子方程式___________________________；

（3）寫出“沉鈷”過程中發(fā)生反應的化學方程式______________________________；

（4）充放電過程中，發(fā)生LiCoO2與Li1-xCoO2之間的轉化，寫出充電時正極的電極反應_____________________________________；

（5）在整個回收工藝中，可回收到的金屬化合物有____________(填化學式)；

（6）最近美國和韓國的科學家合作研究出新型鋰—空氣電池，他們的鋰—空氣電池在放電過程中產生穩(wěn)定的晶狀超氧化鋰(LiO2)，超氧化鋰可以很容易地分解成鋰和氧，從而具有更高的效率和更長的循環(huán)壽命。請寫出該電池正極的電極反應 ____________。

Answer 1

【答案】（1）2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑ （2）2LiCoO2+3H2SO4+H2O2 = Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O

2CoO22++2Cl- +8H+ =2Co2++Cl2↑+4H2O

（3）CoSO4 + 2NH4HCO3 = CoCO3 ↓+ (NH4)2SO4 +CO2↑+ H2O （4）LiCoO2-xe- = Li1-xCoO2 + xLi+

（5）Al(OH)3、Li2SO4、CoCO3(或CoSO4)；（6） O2 + e- + Li+ = LiO2

【解析】

試題分析：（1）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↑；

（2）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，如果可用鹽酸代替H2SO4和H2O2的混合溶液，LiCoO2能夠將鹽酸氧化生成氯氣，2CoO22++2Cl- +8H+ =2Co2++Cl2↑+4H2O；故答案為：2LiCoO2+H2O2+3H2SO4=Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O，2CoO22++2Cl- +8H+ =2Co2++Cl2↑+4H2O；

（3）“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；

（4）充電過程中，正極的電極反應LiCoO2-xe- = Li1-xCoO2 + xLi+，故答案為：LiCoO2-xe- = Li1-xCoO2 + xLi+；

（5）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：Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4；

（6）鋰—空氣電池，正極氧氣得到電子，電極反應為O2 + e- + Li+ = LiO2，故答案為：O2 + e- + Li+ = LiO2。