Question

【題目】2019年諾貝爾化學獎授予美國和日本的三位科學家，以表彰他們在鋰離子電池領域的貢獻。某種鋰離子電池的工作原理如圖所示，工作原理為：LiCoO2＋C6Li1－xCoO2＋LixC6

（1）該鋰離子電池工作時A為____極，B的電極反應式為____。

（2）廢舊鋰離子電池的正極材料試樣（主要含有LiCoO2及少量Al、Fe等）可通過實驗方法回收鈷、鋰，實現廢舊電池的資源化。

下表列出了幾種離子生成氫氧化物沉淀的pH（“開始沉淀”的pH按金屬離子濃度為0.1mol·L－1，“沉淀完全”是指溶液中離子濃度低于1.0×10－5 mol·L－1）：

	Al3＋	Fe3＋	Fe2＋	Co2＋
開始沉淀的pH	4.0	2.7	7.6	7.0
沉淀完全的pH	5.2	3.7	9.6	？

①在上述溶解過程中，S2O32-被氧化成SO42-，LiCoO2在溶解過程中反應的化學方程式為____。

②除雜過程中，通空氣將Fe2+氧化為Fe3+的目的是____。

③沉鈷過程中，須調節溶液的pH不低于____。

Answer 1

【答案】正 LixC6 —xe—＝6C + xLi+ 8LiCoO2 + Na2S2O3 +11H2SO4＝4Li2SO4 + 8CoSO4 + Na2SO4 + 11H2O 確保在pH=5～6時將鐵元素除盡，且不使Co2+沉淀 9.0

【解析】

（1）根據鋰離子移動方向判斷正負電極；

（2）①在上述溶解過程中，S2O32-被LiCoO2氧化成SO42-，LiCoO2被還原成Co2＋；

②Fe2+在5～6時不能生成氫氧化物沉淀，Fe3+在5～6時完水解成氫氧化鐵沉淀；

③根據Co2＋開始沉淀的pH計算Co(OH)2的Ksp，再根據“沉淀完全”時Co2＋離子濃度低于1.0×10－5 mol·L－1計算氫氧根離子濃度，進而計算pH。

（1）原電池中，陽離子移向正極，根據圖示，Li+移向A電極，所以A是正極、B是負極，原電池負極失電子發生氧化反應，B的電極反應式為LixC6 —xe—＝6C + xLi+；

（2）①在上述溶解過程中，S2O32-被LiCoO2氧化成SO42-，LiCoO2被還原成Co2＋，根據得失電子守恒配平方程式為8LiCoO2 + Na2S2O3 +11H2SO4＝4Li2SO4 + 8CoSO4 + Na2SO4 + 11H2O；

②Fe2+在5～6時不能生成氫氧化物沉淀，Fe3+在5～6時完水解成氫氧化鐵沉淀，通空氣將Fe2+氧化為Fe3+的目的是確保在pH=5～6時將鐵元素除盡，且不使Co2+沉淀；

③Co2＋開始沉淀的pH為7，則Ksp［Co(OH)2］=，“沉淀完全”時Co2＋離子濃度低于1.0×10－5 mol·L－1，，，所以pH不低于9。