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(shí)，該鋰離子電池負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)為6C+xLi⁺+xe^-═Li_xC₆．現(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）．
同答下列問題：

（1）LiCoO₂中，Co元素的化合價(jià)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

 

、

 

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

 

．
（5）充放電過釋中，發(fā)生LiCoO₂與Li_1-xCoO₂之間的轉(zhuǎn)化，寫出放電時(shí)電池反應(yīng)方程式

 

．
（6）在整個(gè)回收工藝中，可回收到的金屬化合物有

 

（填化學(xué)式）．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：廢舊鋰離子電池放電處理拆解后正極用氫氧化鈉溶液堿溶過濾得到濾液調(diào)節(jié)溶液PH過濾得到氫氧化鋁沉淀；濾渣加入硫酸，過氧化氫調(diào)節(jié)溶液PH過濾得到濾液加入萃取劑萃取分液得到水層為硫酸鋰，有機(jī)層通過反萃取得到水層硫酸鈷溶液加入碳酸氫銨溶液沉淀鈷離子得到碳酸鈷固體；
（1）根據(jù)化合物中，化合價(jià)的代數(shù)和為0判斷；
（2）堿浸正極時(shí)，鋁和氫氧根離子反應(yīng)生成偏鋁酸根離子和氫氣；
（3）根據(jù)所加入的反應(yīng)物以及生成物結(jié)合質(zhì)量守恒定律來書寫化學(xué)方程式；由題中信息知LiCoO₂具有強(qiáng)氧化性，加入過氧化氫調(diào)節(jié)溶液PH；
（4）“沉鈷”過程中硫酸鈷和碳酸氫銨反應(yīng)生成碳酸鈷沉淀；
（5）放電時(shí)，Li_1-xCoO₂和Li_xC₆發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成LiCoO₂和C；
（6）“放電處理”有利于鋰在正極的回收，Li⁺從負(fù)極中脫出，經(jīng)由電解質(zhì)向正極移動(dòng)，在整個(gè)回收工藝中，可回收到的金屬化合物有Al（OH）₃、CoCO₃、Li₂SO₄．

解答： 解：（1）根據(jù)化合物中，化合價(jià)的代數(shù)和為0知，LiCoO₂中，Co元素的化合價(jià)為+3價(jià)，故答案為：+3；
（2）正極中含有鋁，鋁易溶于強(qiáng)堿溶液生成AlO₂^-，反應(yīng)的離子方程式為2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，
故答案為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；
（3）酸浸時(shí)反應(yīng)物有硫酸、過氧化氫以及LiCoO₂，生成物有Li₂SO₄和CoSO₄，反應(yīng)方程式為：2LiCoO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Li₂SO₄+2CoSO₄+O₂↑+4H₂O，由題中信息知LiCoO₂具有強(qiáng)氧化性，加入過氧化氫發(fā)生的 反應(yīng)為：2H₂O₂

△   .

2H₂O+O₂↑；
故答案為：2LiCoO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Li₂SO₄+2CoSO₄+O₂↑+4H₂O，2H₂O₂

△   .

2H₂O+O₂↑；
（4）“沉鈷”過程中硫酸鈷和碳酸氫銨反應(yīng)生成碳酸鈷沉淀、硫酸銨、二氧化碳和水，反應(yīng)方程式為CoSO₄+2NH₄HCO₃=CoCO₃↓+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O，
故答案為：CoSO₄+2NH₄HCO₃=CoCO₃↓+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O；
（5）充放電過程中，Li_1-xCoO₂和Li_xC₆發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成LiCoO₂和C，反應(yīng)方程式為：Li_1-xCoO₂+Li_xC₆=LiCoO₂+6C，
故答案為：Li_1-xCoO₂+Li_xC₆=LiCoO₂+6C；
（6）放電時(shí)，負(fù)極上生成鋰離子，鋰離子向正極移動(dòng)并進(jìn)入正極材料中，所以“放電處理”有利于鋰在正極的回收，根據(jù)流程圖知，可回收到的金屬化合物有Al（OH）₃、CoCO₃、Li₂SO₄，
故答案為：Al（OH）₃、CoCO₃、Li₂SO₄；

點(diǎn)評(píng)：本題為生產(chǎn)流程題，涉及金屬的回收、環(huán)境保護(hù)、氧化還原反應(yīng)、物質(zhì)的分離提純和除雜等問題，題目較為綜合，做題時(shí)注意仔細(xì)審題，從題目中獲取關(guān)鍵信息，難度中等，難點(diǎn)是電極反應(yīng)式的書寫．