Question

【题目】LiCoO2是锂离子电池最早使用的电极材料，利用原钴矿(含Cr2O3、NiS等杂质)制备LiCoO2的工艺流程如下：

资料：i. 在含一定量Cl的溶液中，钴离子以CoCl42-形式存在：Co2+＋4ClCoCl42

ii. CoCl42溶于有机胺试剂，有机胺不溶于水。

iii. 盐酸溶液中，有机胺试剂对金属离子的溶解率随盐酸浓度变化如图所示：

(1)步骤ii选用盐酸的浓度应为__________。

a. 4 mol/L b. 6 mol/L c. 10 mol/L

(2)从平衡移动角度解释步骤ⅲ中加入NaCl固体的目的_____________。

(3)步骤iv的操作是_______。

(4)步骤vi用(NH4)2CO3作沉淀剂，在一定条件下得到碱式碳酸钴(Co2(OH)2CO3)。实验测得在一段时间内加入等量(NH4)2CO3所得沉淀质量随反应温度的变化如图所示，分析曲线下降的原因____________。

(5)步骤viii中Co3O4 和Li2CO3 混合后，鼓入空气，经高温烧结得到LiCoO2。该反应的化学方程式是_____________。

(6)锂离子电池的工作原理如图，充、放电过程中，Li+在LiCoO2电极和碳电极之间传递。电池的总反应为：LixC + Li1-xCoO2 C+LiCoO2

①放电时，电池的负极是______。

②充电时，电池的阴极反应式是______。

Answer 1

【答案】c 加入NaCl固体，溶液中Cl浓度增大，平衡Co2＋＋4Cl CoCl42右移，CoCl42浓度增大，提高其在有机胺试剂中的浓度。 分液 温度过高，碳酸铵分解（或NH4+和CO32-水解程度增大），碳酸铵浓度降低，沉淀质量减少。 4Co3O4 + 6Li2CO3 + O2 12LiCoO2 + 6CO2 LiCoO2 Li1-xCoO2+xLi++xe== LiCoO2

【解析】

分析流程图，结合提供的资料，该工艺流程过程为：处理后的原钴矿用盐酸浸取后钴溶解，溶液中含Cr3+、Ni2+等杂质；在氯化钠共同作用下，Co2+大量转化成CoCl4-，用有机胺试剂萃取，经分液后与水中杂质分离；在洗脱过程中又重新转化成CoCl2溶液，再与加入的碳酸铵发生反应生成碱式碳酸钴，煅烧后又生成四氧化三钴，最后与碳酸钠烧结成产品LiCoO2。在此分析基础上结合图表及相关知识可解各小题。

(1)分析所给图可知：盐酸浓度为4mol/L、6moI/L时，杂质的含量虽然低，但Co2+的溶解率也低；盐酸浓度为10mol/L时，Co2+的溶液率很高，而杂质溶解率低，故应选择10mol/L，答案为：C

(2)步骤iii的目的是尽可能把二价钴转化成CoCl4-，根据反应Co2＋＋4Cl CoCl42可知，氯化钠的溶解增大了Cl-浓度，使平衡正向移动，提高了Co2+的转化率，故答案为：加入NaCl固体，溶液中Cl浓度增大，平衡Co2＋＋4Cl CoCl42右移，CoCl42浓度增大，提高其在有机胺试剂中的浓度

(3)有机胺试剂与水不相溶，故可采用分液的方法分离，故答案为：分液

(4)由图可知，在一段时间内加入等量碳酸铵所得沉淀质量随温度的升高，先增大后减小，因考虑温度对，反应的影响：一方面，温度高有利于CO32-和Co2+的水解，从而有利于生成碱式碳酸钴；另一方面，温度升高，使碳酸铵的双水解程度增大，致使碳酸铵分解，浓度降低，溶液碱性下降，不利与Co2+的水解成Co(OH)2CO3，故答案为：温度过高，碳酸铵分解(或NH4+和CO32-水解程度增大)，碳酸铵浓度降低，沉淀质量减少

(5)不难写出步骤viii的反应为：4Co3O4 + 6Li2CO3 + O2 12LiCoO2 + 6CO2，故答案为：4Co3O4 + 6Li2CO3 + O2 12LiCoO2 + 6CO2

(6)根据电池反应LixC + Li1-xCoO2 C+LiCoO2：

①.放电时负极发生氧化反应，所含元素化合价升高，物质变化为LiCoO2→Li1-xCoO2，电极是LiCoO2，答案为：LiCoO2

②.充电时阴极发生还原反应，物质的变化为：Li1-xCoO2 →LiCoO2，电极反应式：Li1-xCoO2+xLi++xe== LiCoO2，故答案为：Li1-xCoO2+xLi++xe== LiCoO2