题目内容

锂离子电池的应用很广,其正极材料可再生利用。某锂离子电池正极材料有钴酸锂(LiCoO2)、导电剂乙炔黑和铝箔等。充电时,该锂离子电池负极发生的反应为6C+xLi++xe- = LixC6。现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源(部分条件未给出)。

回答下列问题:
(1)LiCoO2中,Co元素的化合价为          
(2)写出“正极碱浸”中发生反应的离子方程式                     
(3)“酸浸”一般在80℃下进行,写出该步骤中发生的所有氧化还原反应的化学方程式                                                         ;可用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液,但缺点是                          
(4)写出“沉钴”过程中发生反应的化学方程式                      
(5)充放电过程中,发生LiCoO2与Li1-xCoO2之间的转化,写出放电时电池反应方程式                                                         
(6)上述工艺中,“放电处理”有利于锂在正极的回收,其原因是      。在整个回收工艺中,可回收到的金属化合物有               (填化学式)。

(1)+3
(2)2Al + 2OH- + 6H2O = 2Al(OH)- 4 + 3H2
(3)2LiCoO2 + 3H2SO4 + H2O2Li2SO4 + 2CoSO4 + O2↑+ 4H2O
2H2O22H2O + O2↑ ;有氯气生成,污染较大。
(4)CoSO4 + 2NH4HCO3 = CoCO3 ↓+ (NH4)2SO4 +CO2↑+ H2O
(5) Li1-xCoO2 + LixC6 = LiCoO2 + 6C
(6)Li+从负极中脱出,经由电解质向正极移动并进入正极材料中
Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4
以工艺流程为背景考查化学反应原理中的电化学知识,包括电极反应式的书写、氧化还原反应,综合性较强。
(1)根据化合价代数和为0的原则,LiCoO2中Li为+1价,O为-2价,iCo元素的化合价为+3。
(2)根据工艺流程和相关产物可知,锂离子电池正极材料中只有铝箔与氢氧化钠反应,发生反应的离子方程式2Al + 2OH- + 6H2O = 2Al(OH)- 4 + 3H2↑。
(3)根据“酸浸”的反应物和反应条件,发生的所有氧化还原反应的化学方程式为;2LiCoO2 + 3H2SO4 + H2O2Li2SO4 + 2CoSO4 + O2↑+ 4H2O,H2O2自身发生分解反应,2H2O22H2O + O2↑;LiCoO2具有较强的氧化性,用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液,氯气生成,污染较大。
(4)根据“沉钴”过程中反应物和产物,发生反应的化学方程式CoSO4 + 2NH4HCO3 = CoCO3 ↓+ (NH4)2SO4 +CO2↑+ H2O。
(5)充放电过程中,发生LiCoO2与Li1-xCoO2之间的转化,放电时负极发生的反应为LixC6-xe-=6C+xLi+,正极Li1-xCoO2 + xe- = LiCoO2 + xLi+,电池总反应方程式Li1-xCoO2 + LixC6 = LiCoO2 + 6C。
(6)进行放电处理时,Li+从负极中脱出,经由电解质向正极移动并进入正极材料中,有利于锂在正极的回收。根据整个工艺流程的化学反应原理,可回收到的金属化合物有Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4三种。
【考点定位】工艺流程、电化学、离子方程式
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