Question

【題目】某種鋰離子電池的正極材料是將含有鈷酸鋰(LiCoO2)的正極粉均勻涂覆在鋁箔上制成的，可以再生利用。某校研究小組嘗試回收廢舊正極材料中的鈷。

(1)25℃時(shí)，用圖1所示裝置進(jìn)行電解，有一定量的鈷以Co2+的形式從正極粉中浸出，且兩極均有氣泡產(chǎn)生，一段時(shí)間后正極粉與鋁箔剝離。

陰極的電極反應(yīng)式為:LiCoO2+4H++e-=Li++Co2++2H2O、 。

陽極的電極反應(yīng)式為 。

②該研究小組發(fā)現(xiàn)硫酸濃度對鈷的浸出率有較大影響，一定條件下，測得其變化曲線如圖2所示。當(dāng)c(H2SO4)>0.4mol/L時(shí)，鈷的浸出率下降，其原因可能為 。

(2)電解完成后得到含Co2+的浸出液，且有少量正極粉沉積在電解槽底部。用以下步驟繼續(xù)回收鈷。

①寫出“酸浸”過程中正極粉發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式: 。該步驟一般在80℃以下進(jìn)行，溫度不能太高的原因是 。

②已知(NH4)2C2O4溶液呈弱酸性，下列關(guān)系中正確的是 (填字母序號)。

A.c(NH4+)>c(C2O42－)>c(H+)>c(OH-)

B.c(H+)+c(NH4+)=c(C2O42－)+c(OH-)+c(HC2O42－)

C.c(NH4+)+c(NH3·H2O)=2[c(C2O42－)+c(HC2O42－)+c(H2C2O4)]

(3)已知所用鋰離子電池的正極材料為x g，其中LiCoO2 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為a%，則回收后得到CoC2O4·2H2O 的質(zhì)量不高于 g。

Answer 1

【答案】

(1)①2H++2e-=H2↑；4OH-+4e-=O2↑+2H2O(或2H2O-4e-=O2↑+4H+)

②H+與LiCoO2在陰極都會發(fā)生還原反應(yīng)，相互競爭，當(dāng)c(H+)增大時(shí)，參與放電的H+增多(或有利于H+放電)，所以鈷的浸出率下降；

(2)①2LiCoO2+H2O2+3H2SO4=Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O；防止H2O2劇烈分解

②AC(3)。

【解析】

試題分析：(1)①H+也會在陰極放電，2H++2e-═H2↑；陰離子在陽極放電，4OH--4e-═O2↑+2H2O，故答案為：2H++2e-═H2↑；4OH--4e-═O2↑+2H2O；

②如圖2所示．當(dāng)c(H2SO4)＞0.4molL-1時(shí)，參與放電的H+增多(或有利于H+放電)，所以鈷的浸出率下降，故答案為：H+與LiCoO2在陰極的還原反應(yīng)相互競爭，當(dāng)c(H+)增大時(shí)，參與放電的H+增多(或有利于H+放電)，所以鈷的浸出率下降；

(2)①“酸浸”過程中正極粉發(fā)生氧化還原反應(yīng)，LiCoO2氧化生成Co2+和O2，方程式為2LiCoO2+H2O2+3H2SO4═Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O；該步驟一般在80℃以下進(jìn)行，溫度太高，雙氧水會受熱分解；故答案為：2LiCoO2+H2O2+3H2SO4═Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O；防止H2O2劇烈分解；

②(NH4)2C2O4溶液呈弱酸性，故a．由離子濃度大小關(guān)系，知c (NH4+)＞c(C2O42-)＞c (H+)＞c (OH-)，故a正確；b．由電荷守恒，可知c (H+)+c (NH4+)=c (OH-)+c(HC2O4-)+2c(C2O42-)，故b錯(cuò)誤；c．由物料守恒，可知c (NH4+)+c (NH3H2O)=2[c(C2O42-)+c(HC2O4-)+c(H2C2O4)]，故c正確；故答案為：ac；

(3)根據(jù)關(guān)系式：LiCoO2～CoC2O42H2O

98 183

xa%g m

解之得m=g，故答案為：。