Question

【题目】将废弃锂离子电池再生处理，制Co3O4的工艺流程如图所示：

已知：锂离子电池正极材料是由活性材料(LiCoO2)、导电剂(炭黑)按一定比例粘附在铝箔上。Ksp[Co(OH)2]=1.6×10-15，本流程中完全沉淀时溶液中c(Co2+)≤1×10-6 mol/L。Co3+有强氧化性，易转化为+2价形态存在于水溶液中。

(1)锂离子电池工作时的总反应为6C+LiCoO2Li1-xCoO2+LixC6，充电时阴极的电极反应式为6C+xLi++xe-=LixC6，写出放电时正极的电极反应式_____________________。

(2)常用H2SO4酸浸而不用盐酸，因为盐酸酸浸LiCoO2时会生成氯气，该反应的化学方程式为_____________。

(3)当Co(OH)2完全沉淀时，浸出液中应加NaOH溶液至c(OH-)≥__________________。

(4)检验Co(OH)2沉淀洗净的方法是________________________。

(5)在空气中加热Co(OH)2至290℃时已完全脱水，到1000℃时剩余固体的质量为Co(OH)2质量的80.65%。则剩余固体的成分为____________________（填化学式）。（Co：59 Co(OH)2式量：93 ）

Answer 1

【答案】Li1-xCoO2 +xLi++xe- =LiCoO2 2LiCoO2+8HCl=2CoCl2+Cl2↑+2LiCl+4H2O 4×10-5 mol/L 取最后一次洗涤滤液于试管中，滴加盐酸酸化的氯化钡溶液，无白色沉淀产生 CoO

【解析】

(1)放电时正极发生还原反应，根据总反应方程式书写；

(2)盐酸与LiCoO2发生氧化还原反应产生Cl2、CoCl2、LiCl和水，根据电子转移数目相等可得反应方程式；

(3)根据溶度积常数的含义，结合Ksp[Co(OH)2]=1.6×10-15及溶液中c(Co2+)≤1×10-6 mol/L计算c(OH-)；

(4) Co(OH)2沉淀是从含H2SO4的溶液中过滤出来的，若洗涤溶液中无SO42-，就证明沉淀洗涤干净；

(5)在灼烧过程中Co元素的质量不变，根据Co的质量分数，计算Co、O原子个数比，可得化学式。

(1)放电时正极发生还原反应，根据放电时的反应方程式可得正极的电极反应式为：Li1-xCoO2 +xLi++xe- =LiCoO2；

(2)盐酸与LiCoO2发生氧化还原反应产生Cl2、CoCl2、LiCl和水，根据电子转移数目相等可得反应方程式2LiCoO2+8HCl=2CoCl2+Cl2↑+2LiCl+4H2O；

(3) Ksp[Co(OH)2]= c(Co2+)·c2(OH-)=1.6×10-15；由于c(Co2+)≤1×10-6 mol/L，所以c(OH-)≥=4.4×10-5mol/L；

(4)检验Co(OH)2沉淀洗净的方法是取最后一次洗涤滤液于试管中，滴加盐酸酸化的氯化钡溶液，无白色沉淀产生，证明洗涤溶液中无SO42-，则该沉淀洗涤干净了；

(5)根据质量守恒定律，在变化过程中，Co的质量没有变，假设原始固体质量为100g，则n(Co)=mol；m(Co)=×59g，m(O)=(100g×80.65%)-×59g,则n(Co)：n(O)=mol：[]=1:1，所以该物质的化学式为CoO。