Question

鋰離子電池的應(yīng)用很廣，其正極材料可再生利用。某鋰離子電池正極材料有鈷酸鋰(LiCoO₂)、導(dǎo)電劑乙炔黑和鋁箔等。充電時，該鋰離子電池負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)為6C＋xLi^＋＋xe^－===Li_xC₆�，F(xiàn)欲利用以下工藝流程回收正極材料中的某些金屬資源(部分條件未給出)。

回答下列問題：

(1)LiCoO₂中，Co元素的化合價為________。

(2)寫出“正極堿浸”中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式__________________。

(3)“酸浸”一般在80 ℃下進(jìn)行，寫出該步驟中發(fā)生的所有氧化還原反應(yīng)的化學(xué)方程式______________________________；可用鹽酸代替H₂SO₄和H₂O₂的混合液，但缺點是________________。

(4)寫出“沉鈷”過程中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式_____________。

(5)充放電過程中，發(fā)生LiCoO₂與Li_1－xCoO₂之間的轉(zhuǎn)化，寫出放電時電池反應(yīng)方程式__________________________________。

(6)上述工藝中，“放電處理”有利于鋰在正極的回收，其原因是________________________________。在整個回收工藝中，可回收到的金屬化合物有________________________________(填化學(xué)式)。

Answer 1

解析　(1)因鋰在化合物中通常為＋1價，故LiCoO₂中Co為＋3價。(2)由堿浸后經(jīng)一系列處理可得到Al(OH)₃及正極材料中含有鋁箔知，堿浸時單質(zhì)鋁與NaOH溶液反應(yīng)，由此可寫出對應(yīng)的離子方程式。(3)由流程圖知，鈷元素最后變成＋2價，故酸浸時發(fā)生的是LiCoO₂氧化H₂O₂的反應(yīng)：LiCoO₂＋H₂SO₄＋H₂O₂―→Li₂SO₄＋CoSO₄＋H₂O＋O₂↑，配平即可。另外還存在H₂O₂受熱分解生成水與O₂的反應(yīng)。用鹽酸代替硫酸與H₂O₂的混合液時，會得到有毒的氧化產(chǎn)物Cl₂，造成環(huán)境污染。(4)由流程圖知，加入NH₄HCO₃后硫酸鈷轉(zhuǎn)化為碳酸鈷，HCO在轉(zhuǎn)化為CoCO₃的過程中，電離出的H^＋會與另外一部分HCO作用生成CO₂與水，NH、SO結(jié)合為(NH₄)₂SO₄，由此可寫出對應(yīng)的化學(xué)方程式。(5)由充電時陰極(題目中鋰離子電池的負(fù)極)的電極反應(yīng)式知，放電時Li_xC₆是反應(yīng)物，Li^＋是生成物，鋰的價態(tài)升高，故另一反應(yīng)物中鈷的價態(tài)降低，由此知該反應(yīng)物是Li_1－xCoO₂，相應(yīng)的反應(yīng)方程式為Li_xC₆＋Li_1－xCoO₂===LiCoO₂＋6C。(6)放電時，負(fù)極上的鋰失去電子變成Li^＋，進(jìn)入溶液后再向正極移動并進(jìn)入正極材料中，相當(dāng)于在正極上富集了鋰。由流程圖知，能回收的金屬化合物有三種。

答案　(1)＋3

(2)2Al＋2OH^－＋6H₂O===2Al(OH)＋3H₂↑

(3)2LiCoO₂＋3H₂SO₄＋H₂O₂Li₂SO₄＋2CoSO₄＋O₂↑＋4H₂O、2H₂O₂2H₂O＋O₂↑　有氯氣生成，污染較大

(4)CoSO₄＋2NH₄HCO₃===CoCO₃↓＋(NH₄)₂SO₄＋H₂O＋CO₂↑

(5)Li_1－xCoO₂＋Li_xC₆===LiCoO₂＋6C

(6)Li^＋從負(fù)極中脫出，經(jīng)由電解質(zhì)向正極移動并進(jìn)入正極材料中　Al(OH)₃、CoCO₃、Li₂SO₄