Question

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。某校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。

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。

①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                      。

②已知(NH₄)₂C₂O₄溶液呈弱酸性，下列关系中正确的是              (填字母序号)。

A.c(NH₄⁺)>c(C₂O₄^2－)>c(H⁺)>c(OH^-)

B.c(H⁺)+c(NH₄⁺)=c(C₂O₄^2－)+c(OH^-)+c(HC₂O₄^2－)

C.c(NH₄⁺)+c(NH₃·H₂O)=2[c(C₂O₄^2－)+c(HC₂O₄^2－)+c(H₂C₂O₄)]

(3)已知所用锂离子电池的正极材料为x g，其中LiCoO₂ 的质量分数为a%，则回收后得到CoC₂O₄·2H₂O 的质量不高于              g。

Answer

(1)①2H++2e-=H2↑；4OH-+4e-=O2↑+2H2O(或2H2O-4e-=O2↑+4H+)

②H+与LiCoO2在阴极都会发生还原反应，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)①2LiCoO2+H2O2+3H2SO4=Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O；防止H2O2剧烈分解

②AC(3)。

【解析】

试题分析：(1)①H+也会在阴极放电，2H++2e-═H2↑；阴离子在阳极放电，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)①“酸浸”过程中正极粉发生氧化还原反应，LiCoO2氧化生成Co2+和O2，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；防止H2O2剧烈分解；

②(NH4)2C2O4溶液呈弱酸性，故a．由离子浓度大小关系，知c (NH4+)＞c(C2O42-)＞c (H+)＞c (OH-)，故a正确；b．由电荷守恒，可知c (H+)+c (NH4+)=c (OH-)+c(HC2O4-)+2c(C2O42-)，故b错误；c．由物料守恒，可知c (NH4+)+c (NH3•H2O)=2[c(C2O42-)+c(HC2O4-)+c(H2C2O4)]，故c正确；故答案为：ac；

(3)根据关系式：LiCoO2～CoC2O4•2H2O

98 183

xa%g m

解之得m=g，故答案为：。

考点：考查了金属的回收、环境保护、氧化还原反应、物质的分离提纯和除杂的相关知识。