题目内容

【题目】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)。

【答案】(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

【解析】试题分析:(1)根据化合物中,化合价的代数和为0知,LiCoO2中,Co元素的化合价为+3价。

(2)正极中含有铝,铝易溶于强碱溶液生成AlO2-,反应的离子方程式为2Al + 2OH- + 2H2O=2AlO2-+ 3H2↑。

(3)酸浸时反应物有硫酸、过氧化氢以及LiCoO2,生成物有Li2SO4和CoSO4,反应方程式为:2LiCoO2+ 3H2SO4 + H2O2Li2SO4+ 2CoSO4+ O2↑+ 4H2O,由题中信息知LiCoO2具有强氧化性,加入过氧化氢发生的反应为:2H2O22H2O + O2↑。

(4)“沉钴”过程中硫酸钴和碳酸氢铵反应生成碳酸钴沉淀、硫酸铵、二氧化碳和水,反应方程式为CoSO4+ 2NH4HCO3=CoCO3↓+ (NH4)2SO4+CO2↑+ H2O。

(5)充放电过程中,LiCoO2和Li1-xCoO2发生氧化还原反应生成LiCoO2和C,反应方程式为Li1-xCoO2+ LixC6=LiCoO2+ 6C。

(6)放电时,负极上生成锂离子,锂离子向正极移动并进入正极材料中,所以“放电处理”有利于锂在正极的回收,根据流程图知,可回收到的金属化合物有Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4。

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