Question

（14分）某种锂离子电池的正极材料是将含有钴酸锂（LiCoO₂）的正极粉均匀涂覆在铝箔上制成的，可以再生利用。某校研究小组尝试回收废旧正极材料中的钴。

（1）25℃时，用图1所示装置进行电解，有一定量的钴以Co²⁺的形式从正极粉中浸出，且两极均有气泡产生，一段时间后正极粉与铝箔剥离。

①阴极的电极反应式为：LiCoO₂ + 4H⁺ + e^- === Li⁺ + Co²⁺ + 2H₂O 、          。

阳极的电极反应式为          。

②该研究小组发现硫酸浓度对钴的浸出率有较大影响，一定条件下，测得其变化曲线如图2所示。当c(H₂SO₄) > 0.4 mol·L^-1时，钴的浸出率下降，其原因可能为          。

（2）电解完成后得到含Co²⁺的浸出液，且有少量正极粉沉积在电解槽底部。用以下步骤继续回收钴。

①写出“酸浸”过程中正极粉发生反应的化学方程式          。该步骤一般在80℃以下进行，温度不能太高的原因是          。

②已知(NH₄)₂C₂O₄溶液呈弱酸性，下列关系中正确的是          （填字母序号）。

a.c (NH₄⁺)> c(C₂O₄^2-)>c (H⁺)>c (OH^-)

b.c (H⁺) +c (NH₄⁺) =c (OH^-) + c(HC₂O₄^-)+c(C₂O₄^2-)

c.c (NH₄⁺)+ c (NH₃•H₂O ) = 2[c(C₂O₄^2-) + c(HC₂O₄^-) + c(H₂C₂O₄)]

（3）已知所用锂离子电池的正极材料为x g，其中LiCoO₂（M = 98 g·mol^-1）的质量分数为a%，则回收后得到CoC₂O₄•2H₂O （M = 183 g·mol^-1）的质量不高于          g。

Answer

（1）① 2H+ +2e- === H2↑ 4OH- - 4e- === O2↑+ 2H2O （或2H2O- 4e- === O2↑+ 4H+）

② H+与LiCoO2在阴极的还原反应相互竞争，当c(H+)增大时，参与放电的H+增多（或有利于H+放电），所以钴的浸出率下降

（2）① 2LiCoO2 + H2O2 + 3H2SO4 === Li2SO4 + 2CoSO4 + O2↑ + 4H2O

防止H2O2剧烈分解（或2H2O2 2H2O＋O2↑） ② a c

（3）

【解析】

试题分析：（1）①电解池中阴极得到电子，溶液中Co2+能得电子，故Co析出，同时H+也可以得到电子，故电极方程式为：2H+ +2e- === H2↑，阳极失电子，是OH-放电，故电极方程式为：4OH- - 4e- === O2↑+ 2H2O ；②阴极处，是Co2+和H+都放电，故当硫酸浓度增大时，参与放电的H+增多，故钴的浸出率下降；

（2）①酸浸的过程实际上是CoO2-转化为Co2+的过程，方程式为：2LiCoO2 + H2O2 + 3H2SO4 === Li2SO4 + 2CoSO4 + O2↑ + 4H2O，由于反应中有双氧水参与，双氧水不稳定，受热易分解，为保证反应的正常进行，故温度应控制在80℃以下。②由于溶液是弱酸性，且NH4+的水解程度大于C2O42-，故可得到关系： c (NH4+)> c(C2O42-)>c (H+)>c (OH-)，a正确；根据电荷守恒，可知c (H+) +c (NH4+) =c (OH-) + c(HC2O4-)+2c(C2O42-)故b错误；根据物料守恒可知： c (NH4+)+ c (NH3•H2O ) = 2[c(C2O42-) + c(HC2O4-) + c(H2C2O4)]，c正确；

（3）由于n(LiCoO2)=n(CoC2O4·2H2O)=，m(CoC2O4·2H2O)=g；

考点：考查电解池、物质的分离和提纯、物质的量计算等相关知识