Question

【題目】鋰離子電池應用很廣。某種鋰離子二次電池的電極材料主要是鈷酸鋰（LiCoO2）和石墨。鈷是一種稀有的貴重金屬，廢舊鋰離子電池電極材料的回收再生意義重大。

（1）鋰離子電池（又稱鋰離子濃差電池）的工作原理：

ⅰ.充電過程：Li+從含LiCoO2的電極中脫出，正三價Co被氧化，此時該極處于貧鋰態（Li1-xCoO2）。

ⅱ.放電過程原理示意圖如圖所示：

①放電時，電流從______（填“a”或“b”）極流出。

②充電時，a極的電極反應式為______。

（2）鈷酸鋰回收再生流程如下：

①用H2SO4酸浸時，通常添加30%的H2O2以提高浸出效率，其中H2O2的作用是______。

②用鹽酸代替H2SO4和H2O2，浸出效率也很高，但工業上不使用鹽酸，主要原因之一是：會產生有毒、有污染的氣體。寫出相應反應的化學方程式_______。

③其他條件不變時，相同反應時間，隨著溫度升高，含鈷酸鋰的固體濾渣在H2SO4和30% H2O2 混合液中的浸出率曲線如圖，請解釋溫度高于80℃，鈷的浸出率變化的原因：______。

④高溫下，在O2存在時純凈的CoC2O4與Li2CO3再生為LiCoO2的化學方程式為______。

Answer 1

【答案】a LiCoO2 - xe- = Li1-xCoO2 +xLi+ 還原LiCoO2（將LiCoO2中的+3價Co還原為Co2+） 2LiCoO2 +8HCl= 2LiCl+2CoCl2 + Cl2↑+4H2O 80℃后，升高溫度使H2O2分解速率加快，H2O2濃度下降，使浸出率反而降低 4CoC2O4+2Li2CO3+3O24LiCoO2 +10CO2

【解析】

（1）①根據放電過程原理示意圖，鋰離子向a極移動，原電池中陽離子向正極移動，故a為正極，b為負極，電子從負極流向正極，電流與電子流向相反，故電流從正極流向負極。

答案為：a；

②根據圖示，充電時a電極與電源正極相連，故a為陽極，失電子，發生氧化反應，根據題干提供信息：充電過程：Li+從含LiCoO2的電極中脫出，正三價Co被氧化，此時該極處于貧鋰態（Li1-xCoO2），則a極電極反應式為LiCoO2 - xe- = Li1-xCoO2 +xLi+。

答案為：LiCoO2 - xe- = Li1-xCoO2 +xLi+；

（2）①根據酸浸流程顯示，浸出液中含有+2價鈷離子，因此加入H2O2的作用是還原LiCoO2（將LiCoO2中的+3價Co還原為Co2+）。

答案為：還原LiCoO2（將LiCoO2中的+3價Co還原為Co2+）；

②用鹽酸代替H2SO4和H2O2，浸出效率也很高，但工業上不使用鹽酸，主要原因之一是：LiCoO2和鹽酸發生氧化還原反應產生氯氣，反應的化學方程式2LiCoO2 +8HCl= 2LiCl+2CoCl2 + Cl2↑+4H2O；

答案為：2LiCoO2 +8HCl = 2LiCl+2CoCl2 + Cl2↑+4H2O

③H2O2受熱易分解，當80℃后，升高溫度使H2O2分解速率加快，H2O2濃度下降，使浸出率反而降低。

答案為：80℃后，升高溫度使H2O2分解速率加快，H2O2濃度下降，使浸出率反而降低；

④高溫下，在O2存在時純凈的CoC2O4與Li2CO3再生為LiCoO2的化學方程式為4CoC2O4+2Li2CO3+3O24LiCoO2 +10CO2。

答案為：4CoC2O4+2Li2CO3+3O24LiCoO2 +10CO2