锂离子电池的应用很广，其正极材料可再生利用。某锂离子电池正极材料有钴酸锂（LiCoO2）、导电剂乙炔黑和铝箔等。充电时，该锂离子电池负极发生的反应为6C+xLi++xe-=LixC6。现

Question

锂离子电池的应用很广，其正极材料可再生利用。某锂离子电池正极材料有钴酸锂（LiCoO ₂ ）、导电剂乙炔黑和铝箔等。充电时，该锂离子电池负极发生的反应为6C+xLi ⁺ +xe ^- = Li _x C ₆ 。现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源（部分条件未给出）。

回答下列问题：
（1）LiCoO ₂ 中，Co元素的化合价为            。
（2）写出“正极碱浸”中发生反应的离子方程式                       。
（3）“酸浸”一般在80℃下进行，写出该步骤中发生的所有氧化还原反应的化学方程式                                                           ；可用盐酸代替H ₂ SO ₄ 和H ₂ O ₂ 的混合液，但缺点是                            。
（4）写出“沉钴”过程中发生反应的化学方程式                        。
（5）充放电过程中，发生LiCoO ₂ 与Li _1-x CoO ₂ 之间的转化，写出放电时电池反应方程式                                                           。
（6）上述工艺中，“放电处理”有利于锂在正极的回收，其原因是        。在整个回收工艺中，可回收到的金属化合物有                 （填化学式）。

Answer 1

（1）+3
（2）2Al + 2OH ^- + 6H ₂ O = 2Al(OH)- 4 + 3H ₂ ↑
（3）2LiCoO ₂ + 3H ₂ SO ₄ + H ₂ O ₂ Li ₂ SO ₄ + 2CoSO ₄ + O ₂ ↑+ 4H ₂ O
2H ₂ O ₂ 2H ₂ O + O ₂ ↑ ；有氯气生成，污染较大。
（4）CoSO ₄ + 2NH ₄ HCO ₃ = CoCO ₃ ↓+ (NH ₄ ) ₂ SO ₄ +CO ₂ ↑+ H ₂ O
（5） Li _1-x CoO ₂ + Li _x C ₆ = LiCoO ₂ + 6C
（6）Li ⁺ 从负极中脱出，经由电解质向正极移动并进入正极材料中
Al(OH) ₃ 、CoCO ₃ 、Li ₂ SO ₄

以工艺流程为背景考查化学反应原理中的电化学知识，包括电极反应式的书写、氧化还原反应，综合性较强。
（1）根据化合价代数和为0的原则，LiCoO ₂ 中Li为+1价，O为-2价，iCo元素的化合价为+3。
（2）根据工艺流程和相关产物可知，锂离子电池正极材料中只有铝箔与氢氧化钠反应，发生反应的离子方程式2Al + 2OH ^- + 6H ₂ O = 2Al(OH)- 4 + 3H ₂ ↑。
（3）根据“酸浸”的反应物和反应条件，发生的所有氧化还原反应的化学方程式为；2LiCoO ₂ + 3H ₂ SO ₄ + H ₂ O ₂ Li ₂ SO ₄ + 2CoSO ₄ + O ₂ ↑+ 4H ₂ O，H ₂ O ₂ 自身发生分解反应，2H ₂ O ₂ 2H ₂ O + O ₂ ↑；LiCoO ₂ 具有较强的氧化性，用盐酸代替H ₂ SO ₄ 和H ₂ O ₂ 的混合液，氯气生成，污染较大。
（4）根据“沉钴”过程中反应物和产物，发生反应的化学方程式CoSO ₄ + 2NH ₄ HCO ₃ = CoCO ₃ ↓+ (NH ₄ ) ₂ SO ₄ +CO ₂ ↑+ H ₂ O。
（5）充放电过程中，发生LiCoO ₂ 与Li _1-x CoO ₂ 之间的转化，放电时负极发生的反应为Li _x C ₆ -xe ^- =6C+xLi ⁺ ，正极Li _1-x CoO ₂ + xe ^- = LiCoO ₂ + xLi ⁺ ，电池总反应方程式Li _1-x CoO ₂ + Li _x C ₆ = LiCoO ₂ + 6C。
（6）进行放电处理时，Li ⁺ 从负极中脱出，经由电解质向正极移动并进入正极材料中，有利于锂在正极的回收。根据整个工艺流程的化学反应原理，可回收到的金属化合物有Al(OH) ₃ 、CoCO ₃ 、Li ₂ SO ₄ 三种。
【考点定位】工艺流程、电化学、离子方程式