Question

13．鋰離子電池的應用很廣，其正極材料可再生利用．某鋰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^-=Li_xC₆．現欲利用以下工藝流程回收正極材料中的某些金屬資源（部分條件未給出）．

回答下列問題：
（1）“酸浸”一般在80℃下進行，寫出該步驟中發(fā)生的所有氧化還原反應的化學方程式2LiCoO₂+3H₂SO₄+H₂O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Li₂SO₄+2CoSO₄+O₂↑+4H₂O；2H₂O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑ ；可用鹽酸代替H₂SO₄和H₂O₂的混合液，但缺點是有氯氣生成，污染較大．
（2）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．
（3）充放電過程中，發(fā)生LiCoO₂與Li_1-xCoO₂之間的轉化，寫出充電時電池反應方程式LiCoO₂+6C=Li_1-xCoO₂+Li_xC₆．
（4）上述工藝中，“放電處理”有利于鋰在正極的回收，其原因是Li⁺從負極中脫出，經由電解質向正極移動并進入正極材料中．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）．

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，加入鹽酸有污染性氣體氯氣生成；
（2）“沉鈷”過程中硫酸鈷和碳酸氫銨反應生成碳酸鈷沉淀；
（3）充電時，LiCoO₂和C發(fā)生氧化還原反應生成Li_1-xCoO₂和Li_xC₆；
（4）“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．

解答 解：（1）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+3H₂SO₄+H₂O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Li₂SO₄+2CoSO₄+O₂↑+4H₂O；2H₂O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；由題中信息知LiCoO₂具有強氧化性，加入鹽酸有污染性氣體氯氣生成，污染較大；
故答案為：2LiCoO₂+3H₂SO₄+H₂O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Li₂SO₄+2CoSO₄+O₂↑+4H₂O；2H₂O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；有氯氣生成，污染較大；
（2）“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：CoSO₄+2NH₄HCO₃=CoCO₃↓+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O；
（3）充電時，LiCoO₂和C發(fā)生氧化還原反應生成Li_1-xCoO₂和Li_xC₆，反應方程式為：LiCoO₂+6C=Li_1-xCoO₂+Li_xC₆；
故答案為：LiCoO₂+6C=Li_1-xCoO₂+Li_xC₆；
（4）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，根據流程圖知，可回收到的金屬化合物有Al（OH）₃、CoCO₃、Li₂SO₄；
故答案為：Li⁺從負極中脫出，經由電解質向正極移動并進入正極材料中；Al（OH）₃、CoCO₃、Li₂SO₄．

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、電化學等問題，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．