问题标题:
【某种锂离子电池的正极材料是将含有钴酸锂(LiCoO2)的正极粉均匀涂覆在铝箔上制成的,可以再生利用.某研究小组尝试回收废旧正极材料中的钴.(1)25℃时,用图1所示装置进行电解,有】
问题描述:
某种锂离子电池的正极材料是将含有钴酸锂(LiCoO2)的正极粉均匀涂覆在铝箔上制成的,可以再生利用.某研究小组尝试回收废旧正极材料中的钴.
(1)25℃时,用图1所示装置进行电解,有一定量的钴以Co2+的形式从正极粉中浸出,且两极均有气泡产生,一段时间后正极粉与铝箔剥离.
①阴极的电极反应式为:LiCoO2+4H++e-═Li++Co2++2H2O、___.阳极的电极反应式为___.
②该研究小组发现硫酸浓度对钴的浸出率有较大影响,一定条件下,测得其变化曲线如图2所示.当c(H2SO4)>0.4mol•L-1时,钴的浸出率下降,其原因可能为___.
(2)电解完成后得到含Co2+的浸出液,且有少量正极粉沉积在电解槽底部.用以下步骤继续回收钴(如图).
写出“酸浸”过程中正极粉发生反应的化学方程式___.该步骤一般在80℃以下进行,温度不能太高的原因是___.
(3)已知所用锂离子电池的正极材料为xg,其中LiCoO2(M=98g•mol-1)的质量分数为a%,则回收后得到CoC2O4•2H2O(M=183g•mol-1)的质量不高于___g.
(4)LiFePO4电池是另一种锂离子电池,某电极的工作原理如图3所示:该电池电解质为传导Li+的固体材料.放电时该电极是电池的___(填“正”或“负”)极,放电时的电极反应式为___.
路晖回答:
(1)①H+也会在阴极放电生成氢气:2H++2e-═H2↑;氢氧根离子在阳极放电生成氧气,电极反应式为:4OH--4e-═O2↑+2H2O,
故答案为:2H++2e-═H2↑;4OH--4e-═O2↑+2H2O;
②如图2所示.当c(H2SO4)>0.4mol•L-1时,参与放电的H+增多(或有利于H+放电),所以钴的浸出率下降,
故答案为:H+与LiCoO2在阴极的还原反应相互竞争,当c(H+)增大时,参与放电的H+增多(或有利于H+放电),所以钴的浸出率下降;
(2)“酸浸”过程中正极粉发生还原反应,过氧化氢发生氧化反应,反应生成LiSO4、CoSO和O2,反应方程式为:2LiCoO2+H2O2+3H2SO4═Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O;该步骤一般在80℃以下进行,温度太高,双氧水会受热分解;
故答案为:2LiCoO2+H2O2+3H2SO4═Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O;温度太高,双氧水会受热分解;
(3)根据Co原子守恒,则:
LiCoO2~CoC2O4•2H2O
98 183
xa%g m
解之得m=1.83ax98
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