Question

2019年诺贝尔化学奖授予美国和日本的三位科学家，以表彰他们在锂离子电池领域的贡献。某种锂离子电池的工作原理如图所示，工作原理为：LiCoO₂＋C₆Li_1－xCoO₂＋Li_xC₆

（1）该锂离子电池工作时A为____极，B的电极反应式为____。

（2）废旧锂离子电池的正极材料试样（主要含有LiCoO₂及少量Al、Fe等）可通过实验方法回收钴、锂，实现废旧电池的资源化。

下表列出了几种离子生成氢氧化物沉淀的pH（“开始沉淀”的pH按金属离子浓度为0.1mol·L^－1，“沉淀完全”是指溶液中离子浓度低于1.0×10^－5 mol·L^－1）：

	Al^3^＋	Fe^3^＋	Fe^2^＋	Co^2^＋
开始沉淀的pH	4.0	2.7	7.6	7.0
沉淀完全的pH	5.2	3.7	9.6	？

①在上述溶解过程中，S₂O₃^2-被氧化成SO₄^2-，LiCoO₂在溶解过程中反应的化学方程式为____。

②除杂过程中，通空气将Fe²⁺氧化为Fe³⁺的目的是____。

③沉钴过程中，须调节溶液的pH不低于____。

Answer

正 LixC6 —xe—＝6C + xLi+ 8LiCoO2 + Na2S2O3 +11H2SO4＝4Li2SO4 + 8CoSO4 + Na2SO4 + 11H2O 确保在pH=5～6时将铁元素除尽，且不使Co2+沉淀 9.0

【解析】

（1）根据锂离子移动方向判断正负电极；

（2）①在上述溶解过程中，S2O32-被LiCoO2氧化成SO42-，LiCoO2被还原成Co2＋；

②Fe2+在5～6时不能生成氢氧化物沉淀，Fe3+在5～6时完水解成氢氧化铁沉淀；

③根据Co2＋开始沉淀的pH计算Co(OH)2的Ksp，再根据“沉淀完全”时Co2＋离子浓度低于1.0×10－5 mol·L－1计算氢氧根离子浓度，进而计算pH。

（1）原电池中，阳离子移向正极，根据图示，Li+移向A电极，所以A是正极、B是负极，原电池负极失电子发生氧化反应，B的电极反应式为LixC6 —xe—＝6C + xLi+；

（2）①在上述溶解过程中，S2O32-被LiCoO2氧化成SO42-，LiCoO2被还原成Co2＋，根据得失电子守恒配平方程式为8LiCoO2 + Na2S2O3 +11H2SO4＝4Li2SO4 + 8CoSO4 + Na2SO4 + 11H2O；

②Fe2+在5～6时不能生成氢氧化物沉淀，Fe3+在5～6时完水解成氢氧化铁沉淀，通空气将Fe2+氧化为Fe3+的目的是确保在pH=5～6时将铁元素除尽，且不使Co2+沉淀；

③Co2＋开始沉淀的pH为7，则Ksp［Co(OH)2］=，“沉淀完全”时Co2＋离子浓度低于1.0×10－5 mol·L－1，，，所以pH不低于9。