Question

【题目】锂离子电池应用很广。某种锂离子二次电池的电极材料主要是钴酸锂（LiCoO2）和石墨。钴是一种稀有的贵重金属，废旧锂离子电池电极材料的回收再生意义重大。

(1)锂离子电池（又称锂离子浓差电池）的充电过程：Li+从含LiCoO2的电极中脱出，正三价Co被氧化，此时该极处于贫锂态（Li1-xCoO2）。

①充电时，a极的电极反应式为____________________________________。

②放电时，电流从______（填“a”或“b”）极流出。

(2)钴酸锂回收再生流程如下：

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

②用盐酸代替H2SO4和H2O2，浸出效率也很高，但工业上不使用盐酸，主要原因之一是：会产生有毒、有污染的气体。写出相应反应的化学方程式______________________________。

③高温下，在O2存在时纯净的CoC2O4与Li2CO3再生为LiCoO2的化学方程式为_______________。

(3)已知下列热化学方程式：

Fe2O3(s)＋3CO(g)===2Fe(s)＋3CO2(g) ΔH1＝－25 kJ·mol－1

3Fe2O3(s)＋CO(g)===2Fe3O4(s)＋CO2(g) ΔH2＝－47 kJ·mol－1

Fe3O4(s)＋CO(g)===3FeO(s)＋CO2(g) ΔH3＝＋19 kJ·mol－1

写出FeO(s)被CO还原成Fe和CO2的热化学方程式_____________________________。

Answer 1

【答案】LiCoO2－xe－＝Li1－xCoO2 +xLi+ a 还原LiCoO2（将LiCoO2中的+3价Co还原为Co2+） 2LiCoO2 +8HCl＝2LiCl+2CoCl2 + Cl2↑+4H2O 4CoC2O4+2Li2CO3+3O24LiCoO2 +10CO2 FeO(s)＋CO(g)===Fe(s)＋CO2(g) ΔH＝－11 kJ·mol－1或3FeO(s)＋3CO(g)===3Fe(s)＋3CO2(g) ΔH＝－33 kJ·mol－1

【解析】

(1) 由题给信息可知充电过程：Li+从含LiCoO2的电极中脱出，正三价Co被氧化，放电时a为正极，发生还原反应生成LiCoO2，b为负极，Li被氧化生成离子；

(2) 由流程可知，钴酸锂滤渣用稀硫酸酸浸，滤液含有钴离子、锂离子，加入草酸，可生成CoC2O4，含锂离子的溶液加入碳酸钠生成碳酸锂，与CoC2O4在高温下反应生成LiCoO2，以此解答该题。

(3) 首先写出FeO(s)被CO还原成Fe和CO2的热化学方程式CO(g)+FeO(s)=Fe(g)+CO2(g)△H，利用盖斯定律①×3-(③×2+②)可得到该化学方程式。

(1) 充电过程：Li+从含LiCoO2的电极中脱出，正三价Co被氧化，放电时a为正极，发生还原反应生成LiCoO2，b为负极，Li被氧化生成离子；

①充电时，a极为阳极，发生氧化反应，则电极反应式为LiCoO2－xe－＝Li1－xCoO2 +xLi+；

②放电时，电流从正极流出，即从a极流出。

(2)①添加30% 的H2O2，生成钴离子，可知过氧化氢起到还原剂的作用，还原LiCoO2；

②由题中信息知LiCoO2具有强氧化性，加入盐酸有污染性气体氯气生成，且引入氯离子杂质，在后续步骤中难以分离，反应的方程式为2LiCoO2+8HCl=2LiCl+2CoCl2+Cl2↑+4H2O；

③高温下，在O2存在时纯净的CoC2O4与Li2CO3再生为LiCoO2，同时有CO2生成，发生反应的化学方程式为4CoC2O4+2Li2CO3+3O24LiCoO2 +10CO2；

(3) ①Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)；△H=-25kJ/mol，②3Fe2O3(s)+CO(g)=2Fe3O4(s)+CO2(g)；△H=-47kJ/mol，③Fe3O4(s)+CO(g)=3FeO(s)+CO2(g)；△H=+19kJ/mol，依据盖斯定律①×3-(③×2+②)得到：6CO(g)+6FeO(s)=6Fe(g)+6CO2(g)△H=-66kJ/mol，则FeO(s)被CO还原成Fe和CO2的热化学方程式为FeO(s)＋CO(g)===Fe(s)＋CO2(g) ΔH＝－11 kJ·mol－1或3FeO(s)＋3CO(g)===3Fe(s)＋3CO2(g) ΔH＝－33 kJ·mol－1。