Question

【題目】LiCoO2是鋰離子電池最早使用的電極材料，利用原鈷礦(含Cr2O3、NiS等雜質)制備LiCoO2的工藝流程如下：

資料：i. 在含一定量Cl的溶液中，鈷離子以CoCl42-形式存在：Co2+＋4ClCoCl42

ii. CoCl42溶于有機胺試劑，有機胺不溶于水。

iii. 鹽酸溶液中，有機胺試劑對金屬離子的溶解率隨鹽酸濃度變化如圖所示：

(1)步驟ii選用鹽酸的濃度應為__________。

a. 4 mol/L b. 6 mol/L c. 10 mol/L

(2)從平衡移動角度解釋步驟ⅲ中加入NaCl固體的目的_____________。

(3)步驟iv的操作是_______。

(4)步驟vi用(NH4)2CO3作沉淀劑，在一定條件下得到堿式碳酸鈷(Co2(OH)2CO3)。實驗測得在一段時間內加入等量(NH4)2CO3所得沉淀質量隨反應溫度的變化如圖所示，分析曲線下降的原因____________。

(5)步驟viii中Co3O4 和Li2CO3 混合后，鼓入空氣，經高溫燒結得到LiCoO2。該反應的化學方程式是_____________。

(6)鋰離子電池的工作原理如圖，充、放電過程中，Li+在LiCoO2電極和碳電極之間傳遞。電池的總反應為：LixC + Li1-xCoO2 C+LiCoO2

①放電時，電池的負極是______。

②充電時，電池的陰極反應式是______。

Answer 1

【答案】c 加入NaCl固體，溶液中Cl濃度增大，平衡Co2＋＋4Cl CoCl42右移，CoCl42濃度增大，提高其在有機胺試劑中的濃度。 分液 溫度過高，碳酸銨分解（或NH4+和CO32-水解程度增大），碳酸銨濃度降低，沉淀質量減少。 4Co3O4 + 6Li2CO3 + O2 12LiCoO2 + 6CO2 LiCoO2 Li1-xCoO2+xLi++xe== LiCoO2

【解析】

分析流程圖，結合提供的資料，該工藝流程過程為：處理后的原鈷礦用鹽酸浸取后鈷溶解，溶液中含Cr3+、Ni2+等雜質；在氯化鈉共同作用下，Co2+大量轉化成CoCl4-，用有機胺試劑萃取，經分液后與水中雜質分離；在洗脫過程中又重新轉化成CoCl2溶液，再與加入的碳酸銨發生反應生成堿式碳酸鈷，煅燒后又生成四氧化三鈷，最后與碳酸鈉燒結成產品LiCoO2。在此分析基礎上結合圖表及相關知識可解各小題。

(1)分析所給圖可知：鹽酸濃度為4mol/L、6moI/L時，雜質的含量雖然低，但Co2+的溶解率也低；鹽酸濃度為10mol/L時，Co2+的溶液率很高，而雜質溶解率低，故應選擇10mol/L，答案為：C

(2)步驟iii的目的是盡可能把二價鈷轉化成CoCl4-，根據反應Co2＋＋4Cl CoCl42可知，氯化鈉的溶解增大了Cl-濃度，使平衡正向移動，提高了Co2+的轉化率，故答案為：加入NaCl固體，溶液中Cl濃度增大，平衡Co2＋＋4Cl CoCl42右移，CoCl42濃度增大，提高其在有機胺試劑中的濃度

(3)有機胺試劑與水不相溶，故可采用分液的方法分離，故答案為：分液

(4)由圖可知，在一段時間內加入等量碳酸銨所得沉淀質量隨溫度的升高，先增大后減小，因考慮溫度對，反應的影響：一方面，溫度高有利于CO32-和Co2+的水解，從而有利于生成堿式碳酸鈷；另一方面，溫度升高，使碳酸銨的雙水解程度增大，致使碳酸銨分解，濃度降低，溶液堿性下降，不利與Co2+的水解成Co(OH)2CO3，故答案為：溫度過高，碳酸銨分解(或NH4+和CO32-水解程度增大)，碳酸銨濃度降低，沉淀質量減少

(5)不難寫出步驟viii的反應為：4Co3O4 + 6Li2CO3 + O2 12LiCoO2 + 6CO2，故答案為：4Co3O4 + 6Li2CO3 + O2 12LiCoO2 + 6CO2

(6)根據電池反應LixC + Li1-xCoO2 C+LiCoO2：

①.放電時負極發生氧化反應，所含元素化合價升高，物質變化為LiCoO2→Li1-xCoO2，電極是LiCoO2，答案為：LiCoO2

②.充電時陰極發生還原反應，物質的變化為：Li1-xCoO2 →LiCoO2，電極反應式：Li1-xCoO2+xLi++xe== LiCoO2，故答案為：Li1-xCoO2+xLi++xe== LiCoO2