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，該鋰離子電池負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)為6C+xLi⁺+xe^- = Li_xC₆�，F(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          。

（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      。在整個回收工藝中，可回收到的金屬化合物有               （填化學(xué)式）。

 

Answer 1

【答案】

（1）+3

（2）2Al + 2OH^- + 6H₂O = 2Al(OH)- 4 + 3H₂↑

（3）2LiCoO₂ + 3H₂SO₄ + H₂O₂Li₂SO₄ + 2CoSO₄ + O₂↑+ 4H₂O

2H₂O₂2H₂O + O₂↑ ；有氯氣生成，污染較大。

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

（5） Li_1-xCoO₂ + Li_xC₆ = LiCoO₂ + 6C

（6）Li⁺從負(fù)極中脫出，經(jīng)由電解質(zhì)向正極移動并進(jìn)入正極材料中

Al(OH)₃、CoCO₃、Li₂SO₄

【解析】以工藝流程為背景考查化學(xué)反應(yīng)原理中的電化學(xué)知識，包括電極反應(yīng)式的書寫、氧化還原反應(yīng)，綜合性較強(qiáng)。

（1）根據(jù)化合價代數(shù)和為0的原則，LiCoO₂中Li為+1價，O為-2價，iCo元素的化合價為+3。

（2）根據(jù)工藝流程和相關(guān)產(chǎn)物可知，鋰離子電池正極材料中只有鋁箔與氫氧化鈉反應(yīng)，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式2Al + 2OH^- + 6H₂O = 2Al(OH)- 4 + 3H₂↑。

（3）根據(jù)“酸浸”的反應(yīng)物和反應(yīng)條件，發(fā)生的所有氧化還原反應(yīng)的化學(xué)方程式為；2LiCoO₂ + 3H₂SO₄ + H₂O₂Li₂SO₄ + 2CoSO₄ + O₂↑+ 4H₂O，H₂O₂自身發(fā)生分解反應(yīng)，2H₂O₂2H₂O + O₂↑；LiCoO₂具有較強(qiáng)的氧化性，用鹽酸代替H₂SO₄和H₂O₂的混合液，氯氣生成，污染較大。

（4）根據(jù)“沉鈷”過程中反應(yīng)物和產(chǎn)物，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)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(zhuǎn)化，放電時負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)為Li_xC₆-xe^-=6C+xLi⁺，正極Li_1-xCoO₂ + xe^- = LiCoO₂ + xLi⁺，電池總反應(yīng)方程式Li_1-xCoO₂ + Li_xC₆ = LiCoO₂ + 6C。

（6）進(jìn)行放電處理時，Li⁺從負(fù)極中脫出，經(jīng)由電解質(zhì)向正極移動并進(jìn)入正極材料中，有利于鋰在正極的回收。根據(jù)整個工藝流程的化學(xué)反應(yīng)原理，可回收到的金屬化合物有Al(OH)₃、CoCO₃、Li₂SO₄三種。

【考點定位】工藝流程、電化學(xué)、離子方程式