Question

【題目】將廢棄鋰離子電池再生處理，制Co3O4的工藝流程如圖所示：

已知：鋰離子電池正極材料是由活性材料(LiCoO2)、導電劑(炭黑)按一定比例粘附在鋁箔上。Ksp[Co(OH)2]=1.6×10-15，本流程中完全沉淀時溶液中c(Co2+)≤1×10-6 mol/L。Co3+有強氧化性，易轉(zhuǎn)化為+2價形態(tài)存在于水溶液中。

(1)鋰離子電池工作時的總反應(yīng)為6C+LiCoO2Li1-xCoO2+LixC6，充電時陰極的電極反應(yīng)式為6C+xLi++xe-=LixC6，寫出放電時正極的電極反應(yīng)式_____________________。

(2)常用H2SO4酸浸而不用鹽酸，因為鹽酸酸浸LiCoO2時會生成氯氣，該反應(yīng)的化學方程式為_____________。

(3)當Co(OH)2完全沉淀時，浸出液中應(yīng)加NaOH溶液至c(OH-)≥__________________。

(4)檢驗Co(OH)2沉淀洗凈的方法是________________________。

(5)在空氣中加熱Co(OH)2至290℃時已完全脫水，到1000℃時剩余固體的質(zhì)量為Co(OH)2質(zhì)量的80.65%。則剩余固體的成分為____________________（填化學式）。（Co：59 Co(OH)2式量：93 ）

Answer 1

【答案】Li1-xCoO2 +xLi++xe- =LiCoO2 2LiCoO2+8HCl=2CoCl2+Cl2↑+2LiCl+4H2O 4×10-5 mol/L 取最后一次洗滌濾液于試管中，滴加鹽酸酸化的氯化鋇溶液，無白色沉淀產(chǎn)生 CoO

【解析】

(1)放電時正極發(fā)生還原反應(yīng)，根據(jù)總反應(yīng)方程式書寫；

(2)鹽酸與LiCoO2發(fā)生氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生Cl2、CoCl2、LiCl和水，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相等可得反應(yīng)方程式；

(3)根據(jù)溶度積常數(shù)的含義，結(jié)合Ksp[Co(OH)2]=1.6×10-15及溶液中c(Co2+)≤1×10-6 mol/L計算c(OH-)；

(4) Co(OH)2沉淀是從含H2SO4的溶液中過濾出來的，若洗滌溶液中無SO42-，就證明沉淀洗滌干凈；

(5)在灼燒過程中Co元素的質(zhì)量不變，根據(jù)Co的質(zhì)量分數(shù)，計算Co、O原子個數(shù)比，可得化學式。

(1)放電時正極發(fā)生還原反應(yīng)，根據(jù)放電時的反應(yīng)方程式可得正極的電極反應(yīng)式為：Li1-xCoO2 +xLi++xe- =LiCoO2；

(2)鹽酸與LiCoO2發(fā)生氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生Cl2、CoCl2、LiCl和水，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相等可得反應(yīng)方程式2LiCoO2+8HCl=2CoCl2+Cl2↑+2LiCl+4H2O；

(3) Ksp[Co(OH)2]= c(Co2+)·c2(OH-)=1.6×10-15；由于c(Co2+)≤1×10-6 mol/L，所以c(OH-)≥=4.4×10-5mol/L；

(4)檢驗Co(OH)2沉淀洗凈的方法是取最后一次洗滌濾液于試管中，滴加鹽酸酸化的氯化鋇溶液，無白色沉淀產(chǎn)生，證明洗滌溶液中無SO42-，則該沉淀洗滌干凈了；

(5)根據(jù)質(zhì)量守恒定律，在變化過程中，Co的質(zhì)量沒有變，假設(shè)原始固體質(zhì)量為100g，則n(Co)=mol；m(Co)=×59g，m(O)=(100g×80.65%)-×59g,則n(Co)：n(O)=mol：[]=1:1，所以該物質(zhì)的化學式為CoO。