Question

【題目】二次電池鋰離子電池廣泛應(yīng)用于手機(jī)和電腦等電子產(chǎn)品中。某常見鋰離子電池放電時(shí)電池的總反應(yīng)為：Li1-xCoO2+LixC6=LiCoO2+ C6(x<1)。2018年中國回收了全球可回收鋰離子電池總量的69%。但現(xiàn)階段我國廢舊電池回收仍屬于勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，效率仍需提高。一種回收該鋰離子電池中的鋰和鈷的流程：

已知：① Na2S2O3是一種中等強(qiáng)度的還原劑，遇強(qiáng)酸分解

② Li2CO3溶解度隨溫度升高而減小

（1）關(guān)于該鋰離子電池說法不正確的是_______________________________

A．鋰離子電池中無金屬鋰，充放電過程中，Li+在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌

B．集中預(yù)處理時(shí)，為防止短時(shí)間內(nèi)快速放電引起燃燒甚至爆炸，應(yīng)先進(jìn)行放電處理

C．充電時(shí)若轉(zhuǎn)移0.01mol電子，石墨電極將減重0.07g

D．充電時(shí)，陽極的電極反應(yīng)式為LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋

（2）LiCoO2是一種具有強(qiáng)氧化性的難溶復(fù)合金屬氧化物，且Co3+在常溫、pH=0.5條件下即開始水解。LiCoO2可溶于硫酸得CoSO4。用硫酸酸浸時(shí)，需要加入Na2S2O3作助溶劑，從化學(xué)反應(yīng)原理的角度解釋原因：_______________________________，寫出浸出CoSO4的離子反應(yīng)方程式：__________________

（3）控制氫離子濃度為4mol/L，反應(yīng)溫度90℃，測得相同時(shí)間內(nèi)離子的浸出率與Na2S2O3溶液的變化關(guān)系如圖。則酸浸時(shí)應(yīng)選用濃度為_______mol/L的Na2S2O3溶液。Na2S2O3溶液濃度增至0.3mol/L時(shí)，LiCoO2的浸出率明顯下降，可能的原因是_________________（用化學(xué)方程式結(jié)合文字說明）

（4）整個(gè)回收工藝中，可循環(huán)使用的物質(zhì)是_____________________

（5）已知15℃左右Li2CO3的Ksp為3.210－2，該溫度下Li2CO3的溶解度約為_____g。將萃取后的Li2SO4溶液加熱至95℃，加入飽和Na2CO3溶液，反應(yīng)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，反應(yīng)中產(chǎn)生硫單質(zhì)，附著在固體表面阻止反應(yīng)進(jìn)行 有機(jī)萃取劑(有機(jī)相) 1.48 趁熱過濾，洗滌，干燥

【解析】

廢舊鋰離子電池處理拆解后分離出LiCoO2、碳粉、Cu、Al、Ni等小顆粒混合物，通過電選將LiCoO2、碳粉與Cu、Al、Ni分離，向LiCoO2、碳粉混合物中加入硫酸，碳不與硫酸反應(yīng)，過濾可得硫酸鈷和硫酸鋰溶液，得到濾液加入萃取劑萃取分液得到水層為硫酸鋰，有機(jī)層通過反萃取得到水層硫酸鈷溶液，據(jù)此分析解答。

(1) A．根據(jù)鋰離子電池放電時(shí)電池的總反應(yīng)為：Li1-xCoO2+LixC6=LiCoO2+C6(x<1)，放電時(shí)，則Li1-xCoO2為正極，LixC6為負(fù)極，負(fù)極LixC6失去電子得到Li+，在原電池中，陽離子移向正極，則Li+在電解質(zhì)中由負(fù)極向正極遷移；充電時(shí)，石墨(C6)電極變成LixC6，電解池中陽離子向陰極移動(dòng)，陰極電極反應(yīng)式為：xLi++C6+xe-═LixC6，則石墨(C6)電極增重的質(zhì)量就是鋰離子的質(zhì)量，則鋰離子電池中無金屬鋰，充放電過程中，Li+在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌，故A正確；

B．集中預(yù)處理時(shí)，為防止短時(shí)間內(nèi)快速放電引起燃燒甚至爆炸，根據(jù)流程圖，放電處理”有利于鋰的回收，故B正確；

C．充電時(shí)，石墨(C6)電極變成LixC6，電極反應(yīng)式為：xLi++C6+xe-═LixC6，則石墨(C6)電極增重的質(zhì)量就是鋰離子的質(zhì)量，根據(jù)關(guān)系式：xLi+～～xe-，可知若轉(zhuǎn)移0.01mole-，就增重0.01molLi+，即0.07g，故C錯(cuò)誤；

D．正極上Co元素化合價(jià)降低，放電時(shí)，電池的正極反應(yīng)為：Li1-xCoO2+xLi++xe-═LiCoO2，充電是放電的逆反應(yīng)，故D正確；

答案選C；

(2)LiCoO2是一種具有強(qiáng)氧化性的難溶復(fù)合金屬氧化物，Na2S2O3是一種中等強(qiáng)度的還原劑，二者發(fā)生氧化還原反應(yīng)有利于提高酸浸時(shí)LiCoO2的浸出率和浸出速率，浸出CoSO4的離子反應(yīng)方程式：8LiCoO2+S2O32-+22H+=8Li++8Co2++11H2O+2SO42-；

(3)通過酸浸，加入Na2S2O3溶液，將Cu、Al、Ni與Li、Co分離，提高Li、Co離子的浸出率，當(dāng)Li、Co離子的浸出率最高時(shí)，Na2S2O3溶液的濃度為0.25mol/L；Na2S2O3溶液濃度增至0.3mol/L時(shí)，Na2S2O3是一種中等強(qiáng)度的還原劑，遇強(qiáng)酸分解，發(fā)生反應(yīng)為：Na2S2O3+H2SO4=Na2SO4+S↓+SO2↑+H2O，反應(yīng)中產(chǎn)生硫單質(zhì)，附著在固體表面阻止反應(yīng)進(jìn)行，導(dǎo)致LiCoO2的浸出率明顯下降；

(4)整個(gè)回收工藝中，通過反萃取，可以再生有機(jī)萃取劑(有機(jī)相)，該有機(jī)相可循環(huán)使用流程中萃取環(huán)節(jié)；

(5)溶解度是指一定溫度下達(dá)到飽和時(shí)，100g水中溶解溶質(zhì)的質(zhì)量，15℃左右，100g水的體積100mL，根據(jù)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，則溶解的Li2CO3的物質(zhì)的量=0.2mol/L×0.1L=0.02mol，溶解的Li2CO3的質(zhì)量=0.02mol×74g/mol=1.48g；將萃取后的Li2SO4溶液加熱至95℃，加入飽和Na2CO3溶液，反應(yīng)10min，Li2CO3溶解度隨溫度升高而減小，應(yīng)趁熱過濾，洗滌，干燥獲得Li2CO3粉末。