Question

12．利用LiOH和鈷氧化物可制備鋰離子電池正極材料．LiOH可由電解法制備，鈷氧化物可通過處理鈷渣獲得．
（1）利用如圖1裝置電解制備LiOH，兩電極區電解液分別為LiOH和LiCl溶液．B極區電解液為LiOH溶液（填化學式），陽極電極反應式為2Cl^--2e^-=Cl₂↑，電解過程中Li⁺向B電極遷移（填“A”或“B”）．
（2）利用鈷渣[含Co（OH）₃、Fe（OH）₃等]制備鈷氧化物的工藝流程如圖2：

Co（OH）₃溶解還原反應的離子方程式為2Co（OH）₃+4H⁺+SO₃^2-=2Co²⁺+SO₄^2-+5H₂O，在空氣中煅燒CoC₂O₄生成鈷氧化物和CO₂，測得充分煅燒后固體質量為2.41g，CO₂的體積為1.344L（標準狀況），則鈷氧化物的化學式為Co₃O₄．

Answer 1

分析 （1）電解制備LiOH，兩電極區電解液分別為LiOH和LiCl溶液，由圖可知，右側生成氫氣，則B中氫離子放電，可知B為陰極，在B中制備LiOH，Li⁺由A經過陽離子交換膜向B移動；A中為LiCl溶液，氯離子放電生成氯氣；
（2）Co（OH）₃溶解還原反應為Co（OH）₃、H⁺、SO₃^2-的氧化還原反應；由制備流程可知，加硫酸溶解后為鐵離子，再與亞硫酸鈉發生氧化還原反應生成亞鐵離子，在浸液中通入氧氣時亞鐵離子被氧化為鐵離子；煅燒CoC₂O₄生成鈷氧化物和CO₂，測得充分煅燒后固體質量為2.41g，CO₂的體積為1.344L（標準狀況），n（CO₂）=$\frac{1.344L}{22.4L/mol}$=0.06mol，由化學式可知n（Co）=0.06mol×$\frac{1}{2}$=0.03mol，則氧化物中n（O）=$\frac{2.41g-0.03mol×59g/mol}{16g/mol}$=0.04mol，以此來解答．

解答 解：（1）電解制備LiOH，兩電極區電解液分別為LiOH和LiCl溶液，由圖可知，右側生成氫氣，則B中氫離子放電，可知B為陰極，在B中制備LiOH，B極區電解液為LiOH溶液；Li⁺由A經過陽離子交換膜向B移動；A中為LiCl溶液，氯離子放電生成氯氣，則陽極反應式為2Cl^--2e^-=Cl₂↑，
故答案為：LiOH；2Cl^--2e^-=Cl₂↑；B；
（2）Co（OH）₃溶解還原反應為Co（OH）₃、H⁺、SO₃^2-的氧化還原反應，其離子反應為2Co（OH）₃+4H⁺+SO₃^2-=2Co²⁺+SO₄^2-+5H₂O；由制備流程可知，加硫酸溶解后為鐵離子，再與亞硫酸鈉發生氧化還原反應生成亞鐵離子，在浸液中通入氧氣時亞鐵離子被氧化為鐵離子，可知鐵渣中鐵元素的化合價為+3價；煅燒CoC₂O₄生成鈷氧化物和CO₂，測得充分煅燒后固體質量為2.41g，CO₂的體積為1.344L（標準狀況），n（CO₂）=$\frac{1.344L}{22.4L/mol}$=0.06mol，由化學式可知n（Co）=0.06mol×$\frac{1}{2}$=0.03mol，則氧化物中n（O）=$\frac{2.41g-0.03mol×59g/mol}{16g/mol}$=0.04mol，則n（Co）：n（O）=0.03mol：0.04mol=3：4，所以鈷氧化物的化學式為Co₃O₄，
故答案為：2Co（OH）₃+4H⁺+SO₃^2-=2Co²⁺+SO₄^2-+5H₂O；Co₃O₄．

點評 本題為2015年山東高考題29題，側重電化學、物質制備及混合物分離提純的考查，把握原電池原理及制備流程中的反應為解答的關鍵，（2）中化學式的計算為解答的難點，題目難度不大．