Question

锂电池消耗量巨大，这对不可再生的金属资源消耗是相当大的．因此锂离子电池回收具有重要意义，其中需要重点回收的是正极材料，其主要成分为钴酸锂（LiCoO₂）、导电乙炔黑（一种炭黑）、铝箔以及有机粘接剂．某回收工艺流程如图：

（1）上述工艺回收到的产物有Al（OH）₃、

 

 （填化学式）；其中生成Al（OH）₃的离子方程式为

 

．
（2）废旧电池可能由于放电不完全而残留有原子态的锂，为了安全，对拆解环境的要求是

 

．
（3）酸浸时如果用盐酸代替H₂SO₄和H₂O₂的混合液也能达到溶解的目的，但不利之处 是

 

．
（4）生成Li₂CO₃的化学反应方程式为

 

．已知 Li₂CO₃在水中的溶解度随着温度的升高而减小，所以在浓缩结晶后的一步操作是

 

．进行该步操作有时采用如图装置进行．下列关于使用该装置的说法错误的是

 

a．用玻璃棒轻轻搅动漏斗中液体，以加快过滤
b．过滤结束后，先关掉水龙头停止抽气，再取掉抽滤瓶的橡胶接管
c．与普通过滤相比，该过滤操作除了能加快过滤速度，还可以得到更加干燥的沉淀
d．A瓶是安全瓶，主要是起防倒吸的作用
（5）现有一种新型锂离子电池，是将尖晶石型Li₄Ti₅O₁₂作为电池的正极材料．在嵌锂过程过程中变为盐岩型Li₇Ti₅O₁₂．该锂离子电池放电时的负极反应式为

 

．充电时的阳极反应式为

 

．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,原电池和电解池的工作原理

专题：实验设计题,电化学专题

分析：（1）根据工艺流程的最终产物可判断回收到的产物，应为Al（OH）₃、CoSO₄、Li₂CO₃；
（2）从金属锂的化学性质分析，锂为活泼金属；
（3）由题中信息知LiCoO₂具有强氧化性，加入盐酸有污染性气体氯气生成；
（4）根据质量守恒定律来书写化学方程式，Li₂CO₃在水中的溶解度随着温度的升高而减小，应趁热过滤；
a．过滤时不能搅拌；
b．先取掉抽滤瓶的橡胶接管，再关掉水龙头停止抽气；
c．抽滤速度比普通过滤速度要快，得到的固体较干燥；
d．A瓶能防止液体倒吸到抽滤瓶中；
（5）Li失电子为负极；充电时阳极上Li₇Ti₅O₁₂得电子．

解答： 解：（1）工艺流程的最终产物为：Al（OH）₃、CoSO₄、Li₂CO₃，故答案为：CoSO₄、Li₂CO₃；
（2）金属锂性质活泼，易与氧气、水发生反应，故答案为：隔绝空气和水分；
（3）由题中信息知LiCoO₂具有强氧化性，加入盐酸有污染性气体氯气生成，故答案为：有氯气生成，污染较大；
（4）碳酸锂难溶，生成Li₂CO₃的化学反应属于复分解反应，其反应的热化学方程式为Li₂SO₄+Na₂CO₃=Na₂SO₄+Li₂CO₃↓，Li₂CO₃在水中的溶解度随着温度的升高而减小，应趁热过滤；
a．滤纸容易破损，所以过滤时不能搅拌，故a错误；
b．先取掉抽滤瓶的橡胶接管，再关掉水龙头停止抽气，若先关掉水龙头停止抽气，再取掉抽滤瓶的橡胶接管，容易倒吸，故b错误；
c．抽滤速度比普通过滤速度要快，得到的固体较干燥，故c正确；
d．A瓶能防止液体倒吸到抽滤瓶中，则A瓶主要是起防倒吸的作用，故d正确；
故答案为：Li₂SO₄+Na₂CO₃=Na₂SO₄+Li₂CO₃↓；趁热过滤；ab；
（5）Li失电子为负极，则负极的电极反应为Li-e^-=Li⁺；充电时阳极上Li₇Ti₅O₁₂得电子，则阳极的电极反应为：Li₇Ti₅O₁₂-3e-=Li₄Ti₅O₁₂+3 Li⁺；
故答案为：Li-e^-=Li⁺；Li₇Ti₅O₁₂-3e-=Li₄Ti₅O₁₂+3 Li⁺．

点评：本题为生产流程题，涉及金属的回收、环境保护、氧化还原反应、物质的分离提纯和除杂等问题，题目较为综合，做题时注意仔细审题，从题目中获取关键信息，本题难度中．