Question

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，可以再利用。某校研究小组尝试回收废旧正极材料中的钴。

（1）钴酸锂(LiCoO₂)改写为氧化物形式为          。

（2）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)>0.4mol·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         。该过程中也可以用Na₂S₂O₃代替H₂O₂，则反应的离子方程式为                 。

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)]

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

Answer

（1）Li2O·Co2O3

（2）①2H++2e-═H2↑；4OH--4e-═O2↑+2H2O②H+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；

（3）①2LiCoO2+H2O2+3H2SO4═Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O

8LiCoO2+Na2S2O3+11H2SO4═4Li2SO4+8CoSO4+ Na2SO4+11H2O②ac

（4）

【解析】

试题分析：（1）钴酸锂(LiCoO2)改写为氧化物形式为Li2O·Co2O3，故答案为：Li2O·Co2O3;

（2）①H + 也会在阴极放电，2H + + 2e-═H2↑；阴离子在阳极放电，4OH--4e-═O2↑ + 2H2O，故答案为：2H + + 2e-═H2↑；4OH--4e-═O2↑ + 2H2O；

②如图2所示．当c(H2SO4)＞0.4mol•L-1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，故答案为：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“酸浸”过程中正极粉发生氧化还原反应，LiCoO2被还原生成Co2 + ，H2O2被氧化生成O2，方程式为2LiCoO2 + H2O2 + 3H2SO4═Li2SO4 + 2CoSO4 + O2↑ + 4H2O；用Na2S2O3代替H2O2，LiCoO2被还原生成Co2 + ，Na2S2O3被氧化生成Na2SO4，则反应的离子方程式为8LiCoO2 + Na2S2O3 + 11H2SO4═4Li2SO4 + 8CoSO4 + Na2SO4 + 11H2O，故答案为：2LiCoO2 + H2O2 + 3H2SO4═Li2SO4 + 2CoSO4 + O2↑ + 4H2O；8LiCoO2 + Na2S2O3 + 11H2SO4═4Li2SO4 + 8CoSO4 + Na2SO4 + 11H2O；

②(NH4)2C2O4溶液呈弱酸性，a．由离子浓度大小关系，知c (NH4 + )＞c(C2O42-)＞c (H + )＞c (OH-)，故a正确；b．由电荷守恒，可知c (H + ) + c (NH4 + )=c (OH-) + c(HC2O4-) + 2c(C2O42-)，故b错误；c．由物料守恒，可知c (NH4 + ) + c (NH3•H2O)=2[c(C2O42-) + c(HC2O4-) + c(H2C2O4)]，故c正确；故答案为：ac；

（3）根据关系式：

LiCoO2～CoC2O4•2H2O

98 183

xa%g m

解之得m=，故答案为：。

【考点定位】考查物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用；电解原理；离子浓度大小的比较

【名师点晴】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，难度中等，难点是电极反应式的书写。书写电极方程式的具体步骤如下：

（1）首先根据题意写出电池反应。

（2）标出电子转移的方向和数目，指出氧化剂、还原剂。

（3）根据还原剂——负极材料，氧化产物——负极产物，氧化剂——正极材料，还原产物——正极产物来确定原电池的正、负极和反应产物。根据电池反应中转移电子的数目来确定电极反应中得失的电子数目。

（4）注意环境介质对反应产物的影响。对于复杂电极反应式的书写：复杂电极,反应式＝总反应式－较简单一极的电极,反应式。