Question

【題目】(14分)某種廢鋰電池正極材料的主要成分是LiCoO2，含少量Al、Fe等，LiCoO2不溶于水。實驗室回收廢鋰電池制備鋰單質的流程如圖所示：

（1）正極材料酸浸時發生主要反應的化學方程式為_______。某同學從環境保護的角度考慮上述做法不合理，理由是_______，于是提出可用酸化的雙氧水代替鹽酸，則反應的離子方程式為______。

（2）Li2CO3在高溫焙燒時發生反應的化學方程式為______。

（3）固體C與焦炭的反應需在真空條件下進行的原因是_______。

（4）工業上采用熔融鹽電解法制備金屬鋰，電解質為熔融的LiCl-KCl，采用石墨陽極和低碳鋼陰極，則陰極的電極反應式為______。如果用LiCl的水溶液代替熔融的LiCl-KCl，則其后果是_____。

Answer 1

【答案】（1）2LiCoO2+8HCl=2LiCl+2CoCl2+4H2O+Cl2↑(2分)；產生有毒氣體氯氣(2分)；2LiCoO2+ 6H++H2O2=2Li+2Co2++4H2O+O2↑(2分)；

（2）Li2CO3Li2O+CO2↑(2分)；

（3）Li易與空氣中的O2(和N2)反應(2分)；

（4）Li+e-=Li(2分)；得到LiOH而不是得到金屬鋰(2分)。

【解析】

試題分析：（1）根據題意可知在反應中，LiCoO2與鹽酸發生的是氧化還原反應，LiCoO2中的Co元素化合價降低，獲得電子，被還原；HCl中的Cl元素化合價升高，失去電子產生氯氣。根據電子守恒及原子守恒，可得正極材料酸浸時發生主要反應的化學方程式為2LiCoO2+8HCl=2LiCl+2CoCl2+4H2O+Cl2↑；由于該反應發生會產生有毒氣體氯氣，所以從環保角度分析該做法不妥當；若用酸化的雙氧水代替鹽酸，氧化產物是O2，不會造成環境污染，根據電子守恒、電荷守恒和原子守恒，可得該則反應的離子方程式為2LiCoO2+ 6H++H2O2=2Li+2Co2++4H2O+O2↑；（2） Li2CO3性質類似MgCO3，在高溫焙燒時發生分解反應，產生Li2O和CO2，反應的化學方程式為Li2CO3Li2O+CO2↑；（3）Li是較活潑的金屬，容易與空氣中的空氣中的O2(和N2)反應，導致不能發生上述反應產生單質鋰；因此要在隔絕空氣的條件下進行；（4）電解時，在陰極Li+獲得電子變為單質Li；如果用LiCl的水溶液代替熔融的LiCl-KCl，其后果是得到LiOH而不是得到金屬鋰，不能達到預期的電解目的。