Question

【題目】某種鋰離子電池的正極材料是將含有鈷酸鋰(LiCoO2)的正極粉均勻涂覆在鋁箔上制成的，可以再利用。某校研究小組嘗試回收廢舊正極材料中的鈷。

（1）鈷酸鋰(LiCoO2)改寫為氧化物形式為 。

（2）25℃時(shí)，用圖1所示裝置進(jìn)行電解，有一定量的鈷以Co2+的形式從正極粉中浸出，且兩極均有氣泡產(chǎn)生，一段時(shí)間后正極粉與鋁箔剝離。

①陰極的電極反應(yīng)式為：LiCoO2+4H++e-=Li++Co2++2H2O、 。陽極的電極反應(yīng)式為 。

②該研究小組發(fā)現(xiàn)硫酸濃度對鈷的浸出率有較大影響，一定條件下，測得其變化曲線如圖2所示。當(dāng)c(H2SO4)>0.4mol·L-1時(shí)，鈷的浸出率下降，其原因可能為 。

（2）電解完成后得到含Co2+的浸出液，且有少量正極粉沉積在電解槽底部。用以下步驟繼續(xù)回收鈷。

①寫出“酸浸”過程中正極粉發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式 。該過程中也可以用Na2S2O3代替H2O2，則反應(yīng)的離子方程式為 。

②已知(NH4)2C2O4溶液呈弱酸性，下列關(guān)系中正確的是 (填字母序號)。

A．c(NH4+)>c(C2O42-)>c(H+)>c(OH-)

B．c(H+)+c(NH4+)=c(OH-)+c(HC2O4-)+c(C2O42-)

C．c(NH4+)+c(NH3H2O )=2[c(C2O42-)+c(HC2O4-)+c(H2C2O4)]

（4）已知所用鋰離子電池的正極材料為xg，其中LiCoO2(M=98g·mol-1)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為a%，則回收后得到CoC2O42H2O(M=183g·mol-1)的質(zhì)量不高于 g。

Answer 1

【答案】（1）Li2O·Co2O3

（2）①2H++2e-═H2↑；4OH--4e-═O2↑+2H2O②H+與LiCoO2在陰極的還原反應(yīng)相互競爭，當(dāng)c(H+)增大時(shí)，參與放電的H+增多(或有利于H+放電)，所以鈷的浸出率下降；

（3）①2LiCoO2+H2O2+3H2SO4═Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O

8LiCoO2+Na2S2O3+11H2SO4═4Li2SO4+8CoSO4+ Na2SO4+11H2O②ac

（4）

【解析】

試題分析：（1）鈷酸鋰(LiCoO2)改寫為氧化物形式為Li2O·Co2O3，故答案為：Li2O·Co2O3;

（2）①H + 也會在陰極放電，2H + + 2e-═H2↑；陰離子在陽極放電，4OH--4e-═O2↑ + 2H2O，故答案為：2H + + 2e-═H2↑；4OH--4e-═O2↑ + 2H2O；

②如圖2所示．當(dāng)c(H2SO4)＞0.4molL-1時(shí)，參與放電的H + 增多(或有利于H + 放電)，所以鈷的浸出率下降，故答案為：H + 與LiCoO2在陰極的還原反應(yīng)相互競爭，當(dāng)c(H + )增大時(shí)，參與放電的H + 增多(或有利于H + 放電)，所以鈷的浸出率下降；

（2）①“酸浸”過程中正極粉發(fā)生氧化還原反應(yīng)，LiCoO2被還原生成Co2 + ，H2O2被氧化生成O2，方程式為2LiCoO2 + H2O2 + 3H2SO4═Li2SO4 + 2CoSO4 + O2↑ + 4H2O；用Na2S2O3代替H2O2，LiCoO2被還原生成Co2 + ，Na2S2O3被氧化生成Na2SO4，則反應(yīng)的離子方程式為8LiCoO2 + Na2S2O3 + 11H2SO4═4Li2SO4 + 8CoSO4 + Na2SO4 + 11H2O，故答案為：2LiCoO2 + H2O2 + 3H2SO4═Li2SO4 + 2CoSO4 + O2↑ + 4H2O；8LiCoO2 + Na2S2O3 + 11H2SO4═4Li2SO4 + 8CoSO4 + Na2SO4 + 11H2O；

②(NH4)2C2O4溶液呈弱酸性，a．由離子濃度大小關(guān)系，知c (NH4 + )＞c(C2O42-)＞c (H + )＞c (OH-)，故a正確；b．由電荷守恒，可知c (H + ) + c (NH4 + )=c (OH-) + c(HC2O4-) + 2c(C2O42-)，故b錯(cuò)誤；c．由物料守恒，可知c (NH4 + ) + c (NH3H2O)=2[c(C2O42-) + c(HC2O4-) + c(H2C2O4)]，故c正確；故答案為：ac；

（3）根據(jù)關(guān)系式：

LiCoO2～CoC2O42H2O

98 183

xa%g m

解之得m=，故答案為：。