Question

鋰離子電池的應用很廣，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          。
（2）寫出“正極堿浸”中發生反應的離子方程式                     。
（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                                                         ；可用鹽酸代替H₂SO₄和H₂O₂的混合液，但缺點是                          。
（4）寫出“沉鈷”過程中發生反應的化學方程式                      。
（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                                                         。
（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               （填化學式）。

Answer 1

（1）+3
（2）2Al + 2OH^- + 6H₂O = 2Al(OH)- 4 + 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 +CO₂↑+ H₂O
（5） Li_1-xCoO₂ + Li_xC₆ = LiCoO₂ + 6C
（6）Li⁺從負極中脫出，經由電解質向正極移動并進入正極材料中
Al(OH)₃、CoCO₃、Li₂SO₄

以工藝流程為背景考查化學反應原理中的電化學知識，包括電極反應式的書寫、氧化還原反應，綜合性較強。
（1）根據化合價代數和為0的原則，LiCoO₂中Li為+1價，O為-2價，iCo元素的化合價為+3。
（2）根據工藝流程和相關產物可知，鋰離子電池正極材料中只有鋁箔與氫氧化鈉反應，發生反應的離子方程式2Al + 2OH^- + 6H₂O = 2Al(OH)- 4 + 3H₂↑。
（3）根據“酸浸”的反應物和反應條件，發生的所有氧化還原反應的化學方程式為；2LiCoO₂ + 3H₂SO₄ + H₂O₂Li₂SO₄ + 2CoSO₄ + O₂↑+ 4H₂O，H₂O₂自身發生分解反應，2H₂O₂2H₂O + O₂↑；LiCoO₂具有較強的氧化性，用鹽酸代替H₂SO₄和H₂O₂的混合液，氯氣生成，污染較大。
（4）根據“沉鈷”過程中反應物和產物，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，放電時負極發生的反應為Li_xC₆-xe^-=6C+xLi⁺，正極Li_1-xCoO₂ + xe^- = LiCoO₂ + xLi⁺，電池總反應方程式Li_1-xCoO₂ + Li_xC₆ = LiCoO₂ + 6C。
（6）進行放電處理時，Li⁺從負極中脫出，經由電解質向正極移動并進入正極材料中，有利于鋰在正極的回收。根據整個工藝流程的化學反應原理，可回收到的金屬化合物有Al(OH)₃、CoCO₃、Li₂SO₄三種。
【考點定位】工藝流程、電化學、離子方程式