Question

锂离子电池的应用很广，其正极材料可再生利用。某锂离子电池正极材料有钴酸锂（LiCoO₂）、导电剂乙炔黑和铝箔等。充电时，该锂离子电池负极发生的反应为6C+xLi⁺+xe^- = Li_xC₆。现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源（部分条件未给出）。

回答下列问题：
（1）LiCoO₂中，Co元素的化合价为          。
（2）写出“正极碱浸”中发生反应的离子方程式                     。
（3）“酸浸”一般在80℃下进行，写出该步骤中发生的所有氧化还原反应的化学方程式                                                         ；可用盐酸代替H₂SO₄和H₂O₂的混合液，但缺点是                          。
（4）写出“沉钴”过程中发生反应的化学方程式                      。
（5）充放电过程中，发生LiCoO₂与Li_1-xCoO₂之间的转化，写出放电时电池反应方程式                                                         。
（6）上述工艺中，“放电处理”有利于锂在正极的回收，其原因是      。在整个回收工艺中，可回收到的金属化合物有               （填化学式）。

Answer 1

（1）+3
（2）2Al + 2OH^- + 6H₂O = 2Al(OH)- 4 + 3H₂↑
（3）2LiCoO₂ + 3H₂SO₄ + H₂O₂Li₂SO₄ + 2CoSO₄ + O₂↑+ 4H₂O
2H₂O₂2H₂O + O₂↑ ；有氯气生成，污染较大。
（4）CoSO₄ + 2NH₄HCO₃ = CoCO₃ ↓+ (NH₄)₂SO₄ +CO₂↑+ H₂O
（5） Li_1-xCoO₂ + Li_xC₆ = LiCoO₂ + 6C
（6）Li⁺从负极中脱出，经由电解质向正极移动并进入正极材料中
Al(OH)₃、CoCO₃、Li₂SO₄

以工艺流程为背景考查化学反应原理中的电化学知识，包括电极反应式的书写、氧化还原反应，综合性较强。
（1）根据化合价代数和为0的原则，LiCoO₂中Li为+1价，O为-2价，iCo元素的化合价为+3。
（2）根据工艺流程和相关产物可知，锂离子电池正极材料中只有铝箔与氢氧化钠反应，发生反应的离子方程式2Al + 2OH^- + 6H₂O = 2Al(OH)- 4 + 3H₂↑。
（3）根据“酸浸”的反应物和反应条件，发生的所有氧化还原反应的化学方程式为；2LiCoO₂ + 3H₂SO₄ + H₂O₂Li₂SO₄ + 2CoSO₄ + O₂↑+ 4H₂O，H₂O₂自身发生分解反应，2H₂O₂2H₂O + O₂↑；LiCoO₂具有较强的氧化性，用盐酸代替H₂SO₄和H₂O₂的混合液，氯气生成，污染较大。
（4）根据“沉钴”过程中反应物和产物，发生反应的化学方程式CoSO₄ + 2NH₄HCO₃ = CoCO₃ ↓+ (NH₄)₂SO₄ +CO₂↑+ H₂O。
（5）充放电过程中，发生LiCoO₂与Li_1-xCoO₂之间的转化，放电时负极发生的反应为Li_xC₆-xe^-=6C+xLi⁺，正极Li_1-xCoO₂ + xe^- = LiCoO₂ + xLi⁺，电池总反应方程式Li_1-xCoO₂ + Li_xC₆ = LiCoO₂ + 6C。
（6）进行放电处理时，Li⁺从负极中脱出，经由电解质向正极移动并进入正极材料中，有利于锂在正极的回收。根据整个工艺流程的化学反应原理，可回收到的金属化合物有Al(OH)₃、CoCO₃、Li₂SO₄三种。
【考点定位】工艺流程、电化学、离子方程式