Question

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^- = Li_xC₆。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Li_1-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）。

Answer

（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】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