Question

【題目】鋰離子電池應用很廣。某種鋰離子二次電池的電極材料主要是鈷酸鋰（LiCoO2）和石墨。鈷是一種稀有的貴重金屬，廢舊鋰離子電池電極材料的回收再生意義重大。

(1)鋰離子電池（又稱鋰離子濃差電池）的充電過程：Li+從含LiCoO2的電極中脫出，正三價Co被氧化，此時該極處于貧鋰態（Li1-xCoO2）。

①充電時，a極的電極反應式為____________________________________。

②放電時，電流從______（填“a”或“b”）極流出。

(2)鈷酸鋰回收再生流程如下：

①H2SO4酸浸時，通常添加30%的H2O2以提高浸出效率，其中H2O2的作用是_______________。

②用鹽酸代替H2SO4和H2O2，浸出效率也很高，但工業上不使用鹽酸，主要原因之一是：會產生有毒、有污染的氣體。寫出相應反應的化學方程式______________________________。

③高溫下，在O2存在時純凈的CoC2O4與Li2CO3再生為LiCoO2的化學方程式為_______________。

(3)已知下列熱化學方程式：

Fe2O3(s)＋3CO(g)===2Fe(s)＋3CO2(g) ΔH1＝－25 kJ·mol－1

3Fe2O3(s)＋CO(g)===2Fe3O4(s)＋CO2(g) ΔH2＝－47 kJ·mol－1

Fe3O4(s)＋CO(g)===3FeO(s)＋CO2(g) ΔH3＝＋19 kJ·mol－1

寫出FeO(s)被CO還原成Fe和CO2的熱化學方程式_____________________________。

Answer 1

【答案】LiCoO2－xe－＝Li1－xCoO2 +xLi+ a 還原LiCoO2（將LiCoO2中的+3價Co還原為Co2+） 2LiCoO2 +8HCl＝2LiCl+2CoCl2 + Cl2↑+4H2O 4CoC2O4+2Li2CO3+3O24LiCoO2 +10CO2 FeO(s)＋CO(g)===Fe(s)＋CO2(g) ΔH＝－11 kJ·mol－1或3FeO(s)＋3CO(g)===3Fe(s)＋3CO2(g) ΔH＝－33 kJ·mol－1

【解析】

(1) 由題給信息可知充電過程：Li+從含LiCoO2的電極中脫出，正三價Co被氧化，放電時a為正極，發生還原反應生成LiCoO2，b為負極，Li被氧化生成離子；

(2) 由流程可知，鈷酸鋰濾渣用稀硫酸酸浸，濾液含有鈷離子、鋰離子，加入草酸，可生成CoC2O4，含鋰離子的溶液加入碳酸鈉生成碳酸鋰，與CoC2O4在高溫下反應生成LiCoO2，以此解答該題。

(3) 首先寫出FeO(s)被CO還原成Fe和CO2的熱化學方程式CO(g)+FeO(s)=Fe(g)+CO2(g)△H，利用蓋斯定律①×3-(③×2+②)可得到該化學方程式。

(1) 充電過程：Li+從含LiCoO2的電極中脫出，正三價Co被氧化，放電時a為正極，發生還原反應生成LiCoO2，b為負極，Li被氧化生成離子；

①充電時，a極為陽極，發生氧化反應，則電極反應式為LiCoO2－xe－＝Li1－xCoO2 +xLi+；

②放電時，電流從正極流出，即從a極流出。

(2)①添加30% 的H2O2，生成鈷離子，可知過氧化氫起到還原劑的作用，還原LiCoO2；

②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，且引入氯離子雜質，在后續步驟中難以分離，反應的方程式為2LiCoO2+8HCl=2LiCl+2CoCl2+Cl2↑+4H2O；

③高溫下，在O2存在時純凈的CoC2O4與Li2CO3再生為LiCoO2，同時有CO2生成，發生反應的化學方程式為4CoC2O4+2Li2CO3+3O24LiCoO2 +10CO2；

(3) ①Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)；△H=-25kJ/mol，②3Fe2O3(s)+CO(g)=2Fe3O4(s)+CO2(g)；△H=-47kJ/mol，③Fe3O4(s)+CO(g)=3FeO(s)+CO2(g)；△H=+19kJ/mol，依據蓋斯定律①×3-(③×2+②)得到：6CO(g)+6FeO(s)=6Fe(g)+6CO2(g)△H=-66kJ/mol，則FeO(s)被CO還原成Fe和CO2的熱化學方程式為FeO(s)＋CO(g)===Fe(s)＋CO2(g) ΔH＝－11 kJ·mol－1或3FeO(s)＋3CO(g)===3Fe(s)＋3CO2(g) ΔH＝－33 kJ·mol－1。