Question

18．鋰離子電池的應用很廣，其正極材料可再生利用．某離子電池正極材料有鈷酸鋰（LiCoO₂），導電劑乙炔黑和鋁箔等．充電時，該鋰離子電池負極發(fā)生的反應為6C+xLi⁺+xe^-═LixC₆．現(xiàn)欲利用以下工藝流程回收正極材料中的某些金屬資源（部分條件為給出）．

回答下列問題：
（1）LiCoO₂中，Co元素的化合價為+3．
（2）寫出“正極堿浸”中發(fā)生反應的離子方程式2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑．
（3）“酸浸”一般在80℃下進行，寫出該步驟中發(fā)生的兩個主要的氧化還原反應的化學方程式中的任意一個2LiCoO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Li₂SO₄+2CoSO₄+O₂↑+4H₂O或2H₂O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；寫出“沉鈷”過程中發(fā)生反應的化學方程式CoSO₄+2NH₄HCO₃=CoCO₃↓+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O．
（4）充放電過程中，發(fā)生LiCoO₂與Li1-xCoO₂之間的轉化，寫出放電時電池反應方程式Li_1-xCoO₂+Li_xC₆=LiCoO₂+6C．
（5）在整個回收工藝中，可回收到的金屬化合物有Al（OH）₃、CoCO₃、Li₂SO₄（填化學式）．
（6）二甲醚直接燃料電池具有啟動快、效率高等優(yōu)點，若電解質為酸性，二甲醚直接燃料電池的負極反應為CH₃OCH₃+3H₂O-12e^-=2CO₂+12H⁺．

Answer 1

分析 廢舊鋰離子電池放電處理拆解后正極用氫氧化鈉溶液堿溶過濾得到濾液調節(jié)溶液PH過濾得到氫氧化鋁沉淀；濾渣加入硫酸，過氧化氫調節(jié)溶液PH過濾得到濾液加入萃取劑萃取分液得到水層為硫酸鋰，有機層通過反萃取得到水層硫酸鈷溶液加入碳酸氫銨溶液沉淀鈷離子得到碳酸鈷固體，
（1）根據(jù)化合物中，化合價的代數(shù)和為0判斷；
（2）堿浸正極時，鋁和氫氧根離子反應生成偏鋁酸根離子和氫氣；
（3）根據(jù)所加入的反應物以及生成物結合質量守恒定律來書寫化學方程式；由題中信息知LiCoO₂具有強氧化性，加入過氧化氫調節(jié)溶液PH；“沉鈷”過程中硫酸鈷和碳酸氫銨反應生成碳酸鈷沉淀；
（4）放電時，Li_1-xCoO₂和Li_xC₆發(fā)生氧化還原反應生成LiCoO₂和C；
（5）“放電處理”有利于鋰在正極的回收，Li⁺從負極中脫出，經由電解質向正極移動，在整個回收工藝中，可回收到的金屬化合物有Al（OH）₃、CoCO₃、Li₂SO₄；
（6）燃料電池中燃料在負極上失電子發(fā)生氧化反應．

解答 解：廢舊鋰離子電池放電處理拆解后正極用氫氧化鈉溶液堿溶過濾得到濾液調節(jié)溶液PH過濾得到氫氧化鋁沉淀；濾渣加入硫酸，過氧化氫調節(jié)溶液PH過濾得到濾液加入萃取劑萃取分液得到水層為硫酸鋰，有機層通過反萃取得到水層硫酸鈷溶液加入碳酸氫銨溶液沉淀鈷離子得到碳酸鈷固體，
（1）根據(jù)化合物中，化合價的代數(shù)和為0知，LiCoO₂中，Co元素的化合價為+3價，
故答案為：+3；
（2）正極中含有鋁，鋁易溶于強堿溶液生成AlO₂^-，反應的離子方程式為2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，
故答案為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；
（3）酸浸時反應物有硫酸、過氧化氫以及LiCoO₂，生成物有Li₂SO₄和CoSO₄，反應方程式為：2LiCoO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Li₂SO₄+2CoSO₄+O₂↑+4H₂O，由題中信息知LiCoO₂具有強氧化性，加入過氧化氫發(fā)生的 反應為：2H₂O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑，“沉鈷”過程中硫酸鈷和碳酸氫銨反應生成碳酸鈷沉淀、硫酸銨、二氧化碳和水，反應方程式為CoSO₄+2NH₄HCO₃=CoCO₃↓+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O，
故答案為：2LiCoO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Li₂SO₄+2CoSO₄+O₂↑+4H₂O或2H₂O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；CoSO₄+2NH₄HCO₃=CoCO₃↓+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O；
（4）充放電過程中，Li_1-xCoO₂和Li_xC₆發(fā)生氧化還原反應生成LiCoO₂和C，反應方程式為：Li_1-xCoO₂+Li_xC₆=LiCoO₂+6C，
故答案為：Li_1-xCoO₂+Li_xC₆=LiCoO₂+6C；
（5）放電時，負極上生成鋰離子，鋰離子向正極移動并進入正極材料中，所以“放電處理”有利于鋰在正極的回收，根據(jù)流程圖知，可回收到的金屬化合物有Al（OH）₃、CoCO₃、Li₂SO₄，
故答案為：Al（OH）₃、CoCO₃、Li₂SO₄；
（6）若電解質為酸性，二甲醚直接燃料電池的負極反應為二甲醚失電子生成二氧化碳，結合原子守恒和電荷守恒可知，負極的電極反應為：CH₃OCH₃+3H₂O-12e^-=2CO₂+12H⁺，
故答案為：CH₃OCH₃+3H₂O-12e^-=2CO₂+12H⁺．

點評 本題為生產流程題，涉及金屬的回收、環(huán)境保護、氧化還原反應、物質的分離提純和除雜等問題，題目較為綜合，做題時注意仔細審題，從題目中獲取關鍵信息，難度中等，難點是電極反應式的書寫．