Question

14．鋰離子電池的應用很廣，其正極材料可再生利用．某離子電池正極材料有鈷酸鋰（LiCoO₂），導電劑乙炔黑和鋁箔等．充電時，該鋰離子電池負極發生的反應為6C+xLi⁺+xe^-═Li_xC₆．現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+3．
（2）寫出“正極堿浸”中發生反應的離子方程式2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑．
（3）“酸浸”一般在80℃下進行，寫出該步驟中發生的所有氧化還原反應的化學方程式2LiCoO₂+H₂O₂+3H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Li₂SO₄+2CoSO₄+O₂↑+4H₂O，2H₂O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；可用鹽酸代替H₂SO₄和H₂O₂的混合液，但缺點是有氯氣生成、污染較大．
（4）寫出“沉鈷”過程中發生反應的化學方程式CoSO₄+2NH₄HCO₃=CoCO₃↓+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O．
（5）充放電過程中，發生LiCoO₂與Li_1-xCoO₂之間的轉化，寫出放電時電池反應方程式Li_1-xCoO₂+Li_xC₆=LiCoO₂+6C．

Answer 1

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節溶液PH過濾得到氫氧化鋁沉淀；濾渣加入硫酸，過氧化氫調節溶液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）根據化合物中，化合價的代數和為0判斷；
（2）堿浸正極時，鋁和氫氧根離子反應生成偏鋁酸根離子和氫氣；
（3）根據所加入的反應物以及生成物結合質量守恒定律來書寫化學方程式；由題中信息知LiCoO₂具有強氧化性，加入過氧化氫調節溶液PH；
（4）“沉鈷”過程中硫酸鈷和碳酸氫銨反應生成碳酸鈷沉淀；
（5）放電時，Li_1-xCoO₂和Li_xC₆發生氧化還原反應生成LiCoO₂和C．

解答 解：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節溶液PH過濾得到氫氧化鋁沉淀；濾渣加入硫酸，過氧化氫調節溶液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）根據化合物中，化合價的代數和為0知，LiCoO₂中，Co元素的化合價為+3價，故答案為：+3；
（2）正極中含有鋁，鋁易溶于強堿溶液生成AlO₂^-，反應的離子方程式為2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，
故答案為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；
（3）酸浸時反應物有硫酸、過氧化氫以及LiCoO₂，生成物有Li₂SO₄和CoSO₄，反應方程式為：2LiCoO₂+H₂O₂+3H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Li₂SO₄+2CoSO₄+O₂↑+4H₂O，由題中信息知LiCoO₂具有強氧化性，加入過氧化氫發生的反應為：2H₂O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；鹽酸代替H₂SO₄和H₂O₂的混合液的缺點是有氯氣生成、污染較大，
故答案為：2LiCoO₂+H₂O₂+3H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Li₂SO₄+2CoSO₄+O₂↑+4H₂O，2H₂O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；有氯氣生成、污染較大；
（4）“沉鈷”過程中硫酸鈷和碳酸氫銨反應生成碳酸鈷沉淀、硫酸銨、二氧化碳和水，反應方程式為CoSO₄+2NH₄HCO₃=CoCO₃↓+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O，
故答案為：CoSO₄+2NH₄HCO₃=CoCO₃↓+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O；
（5）放電過程中，Li_1-xCoO₂和Li_xC₆發生氧化還原反應生成LiCoO₂和C，反應方程式為Li_1-xCoO₂+Li_xC₆=LiCoO₂+6C，
故答案為：Li_1-xCoO₂+Li_xC₆=LiCoO₂+6C．

點評 本題考查混合物分離提純的綜合應用，為高頻考點，把握物質的性質、流程中的反應、混合物分離方法為解答的關鍵，側重分析與實驗能力的考查，題目難度不大．