Question

【题目】二次电池锂离子电池广泛应用于手机和电脑等电子产品中。某常见锂离子电池放电时电池的总反应为：Li1-xCoO2+LixC6=LiCoO2+ C6(x<1)。2018年中国回收了全球可回收锂离子电池总量的69%。但现阶段我国废旧电池回收仍属于劳动密集型产业，效率仍需提高。一种回收该锂离子电池中的锂和钴的流程：

已知：① Na2S2O3是一种中等强度的还原剂，遇强酸分解

② Li2CO3溶解度随温度升高而减小

（1）关于该锂离子电池说法不正确的是_______________________________

A．锂离子电池中无金属锂，充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌

B．集中预处理时，为防止短时间内快速放电引起燃烧甚至爆炸，应先进行放电处理

C．充电时若转移0.01mol电子，石墨电极将减重0.07g

D．充电时，阳极的电极反应式为LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋

（2）LiCoO2是一种具有强氧化性的难溶复合金属氧化物，且Co3+在常温、pH=0.5条件下即开始水解。LiCoO2可溶于硫酸得CoSO4。用硫酸酸浸时，需要加入Na2S2O3作助溶剂，从化学反应原理的角度解释原因：_______________________________，写出浸出CoSO4的离子反应方程式：__________________

（3）控制氢离子浓度为4mol/L，反应温度90℃，测得相同时间内离子的浸出率与Na2S2O3溶液的变化关系如图。则酸浸时应选用浓度为_______mol/L的Na2S2O3溶液。Na2S2O3溶液浓度增至0.3mol/L时，LiCoO2的浸出率明显下降，可能的原因是_________________（用化学方程式结合文字说明）

（4）整个回收工艺中，可循环使用的物质是_____________________

（5）已知15℃左右Li2CO3的Ksp为3.210－2，该温度下Li2CO3的溶解度约为_____g。将萃取后的Li2SO4溶液加热至95℃，加入饱和Na2CO3溶液，反应10min，________________（填操作）得Li2CO3粉末。

Answer 1

【答案】C 提高LiCoO2的浸出率和浸出速率 8LiCoO2+S2O32-+22H+=8Li++8Co2++11H2O+2SO42- 0.25 Na2S2O3+H2SO4= Na2SO4+S↓+ SO2↑+ H2O，反应中产生硫单质，附着在固体表面阻止反应进行 有机萃取剂(有机相) 1.48 趁热过滤，洗涤，干燥

【解析】

废旧锂离子电池处理拆解后分离出LiCoO2、碳粉、Cu、Al、Ni等小颗粒混合物，通过电选将LiCoO2、碳粉与Cu、Al、Ni分离，向LiCoO2、碳粉混合物中加入硫酸，碳不与硫酸反应，过滤可得硫酸钴和硫酸锂溶液，得到滤液加入萃取剂萃取分液得到水层为硫酸锂，有机层通过反萃取得到水层硫酸钴溶液，据此分析解答。

(1) A．根据锂离子电池放电时电池的总反应为：Li1-xCoO2+LixC6=LiCoO2+C6(x<1)，放电时，则Li1-xCoO2为正极，LixC6为负极，负极LixC6失去电子得到Li+，在原电池中，阳离子移向正极，则Li+在电解质中由负极向正极迁移；充电时，石墨(C6)电极变成LixC6，电解池中阳离子向阴极移动，阴极电极反应式为：xLi++C6+xe-═LixC6，则石墨(C6)电极增重的质量就是锂离子的质量，则锂离子电池中无金属锂，充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌，故A正确；

B．集中预处理时，为防止短时间内快速放电引起燃烧甚至爆炸，根据流程图，放电处理”有利于锂的回收，故B正确；

C．充电时，石墨(C6)电极变成LixC6，电极反应式为：xLi++C6+xe-═LixC6，则石墨(C6)电极增重的质量就是锂离子的质量，根据关系式：xLi+～～xe-，可知若转移0.01mole-，就增重0.01molLi+，即0.07g，故C错误；

D．正极上Co元素化合价降低，放电时，电池的正极反应为：Li1-xCoO2+xLi++xe-═LiCoO2，充电是放电的逆反应，故D正确；

答案选C；

(2)LiCoO2是一种具有强氧化性的难溶复合金属氧化物，Na2S2O3是一种中等强度的还原剂，二者发生氧化还原反应有利于提高酸浸时LiCoO2的浸出率和浸出速率，浸出CoSO4的离子反应方程式：8LiCoO2+S2O32-+22H+=8Li++8Co2++11H2O+2SO42-；

(3)通过酸浸，加入Na2S2O3溶液，将Cu、Al、Ni与Li、Co分离，提高Li、Co离子的浸出率，当Li、Co离子的浸出率最高时，Na2S2O3溶液的浓度为0.25mol/L；Na2S2O3溶液浓度增至0.3mol/L时，Na2S2O3是一种中等强度的还原剂，遇强酸分解，发生反应为：Na2S2O3+H2SO4=Na2SO4+S↓+SO2↑+H2O，反应中产生硫单质，附着在固体表面阻止反应进行，导致LiCoO2的浸出率明显下降；

(4)整个回收工艺中，通过反萃取，可以再生有机萃取剂(有机相)，该有机相可循环使用流程中萃取环节；

(5)溶解度是指一定温度下达到饱和时，100g水中溶解溶质的质量，15℃左右，100g水的体积100mL，根据Li2CO32Li++CO32-，c(Li+)=2c(CO32-)，Ksp(Li2CO3)= c2(Li+)×c(CO32-)=[2c(CO32-)]2×c(CO32-)=4[c(CO32-)]3=3.210－2，c(CO32-)==0.2mol/L，则溶解的Li2CO3的物质的量=0.2mol/L×0.1L=0.02mol，溶解的Li2CO3的质量=0.02mol×74g/mol=1.48g；将萃取后的Li2SO4溶液加热至95℃，加入饱和Na2CO3溶液，反应10min，Li2CO3溶解度随温度升高而减小，应趁热过滤，洗涤，干燥获得Li2CO3粉末。