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↑或2Al + 2OH- + 2H2O＝2AlO2－ + 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。

【考点定位】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

【名师点晴】电极反应式的书写——“二判二析一写”

二判：①判断阴阳极；②判断是电极材料放电还是溶液中的离子放电。

二析：①分析溶液中离子的种类；②根据离子放电顺序，分析电极反应。

一写：根据电极产物，写出电极反应式。