LiCoO2是鋰離子電池最早使用的電極材料，利用原鈷礦(含Cr2O3、NiS等雜質)製備LiCoO2的工藝流程...

問題詳情：

LiCoO2是鋰離子電池最早使用的電極材料，利用原鈷礦(含Cr2O3、NiS等雜質)製備LiCoO2的工藝流程如下：

資料：i. 在含一定量Cl−的溶液中，鈷離子以CoCl42-形式存在：Co2+＋4Cl−CoCl42−

ii. CoCl42−溶於有機*試劑，有機*不溶於水。

iii. 鹽*溶液中，有機*試劑對金屬離子的溶解率隨鹽*濃度變化如圖所示：

(1)步驟ii選用鹽*的濃度應為__________。

a. 4 mol/L   b. 6 mol/L   c. 10 mol/L

(2)從平衡移動角度解釋步驟ⅲ中加入NaCl固體的目的_____________。

(3)步驟iv的*作是_______。

(4)步驟vi用(NH4)2CO3作沉澱劑，在一定條件下得到鹼式碳*鈷(Co2(OH)2CO3)。實驗測得在一段時間內加入等量(NH4)2CO3所得沉澱質量隨反應温度的變化如圖所示，分析曲線下降的原因____________。

(5)步驟viii中Co3O4 和Li2CO3 混合後，鼓入空氣，經高温燒結得到LiCoO2。該反應的化學方程式是_____________。

(6)鋰離子電池的工作原理如圖，充、放電過程中，Li+在LiCoO2電極和碳電極之間傳遞。電池的總反應為：LixC + Li1-xCoO2 C+LiCoO2

①放電時，電池的負極是______。

②充電時，電池的*極反應式是______。

【回答】

【*】    (1). c    (2). 加入NaCl固體，溶液中Cl−濃度增大，平衡Co2＋＋4Cl− CoCl42−右移，CoCl42−濃度增大，提高其在有機*試劑中的濃度。    (3). 分液    (4). 温度過高，碳*銨分解（或NH4+和CO32-水解程度增大），碳*銨濃度降低，沉澱質量減少。    (5). 4Co3O4 + 6Li2CO3 + O2 12LiCoO2 + 6CO2    (6). LiCoO2    (7). Li1-xCoO2+xLi++xe−== LiCoO2

【解析】

【分析】

分析流程圖，結合提供的資料，該工藝流程過程為：處理後的原鈷礦用鹽*浸取後鈷溶解，溶液中含Cr3+、Ni2+等雜質；在*化*共同作用下，Co2+大量轉化成CoCl4-，用有機*試劑萃取，經分液後與水中雜質分離；在洗脱過程中又重新轉化成CoCl2溶液，再與加入的碳*銨發生反應生成鹼式碳*鈷，煅燒後又生成四氧化三鈷，最後與碳**燒結成產品LiCoO2。在此分析基礎上結合圖表及相關知識可解各小題。

【詳解】(1)分析所給圖可知：鹽*濃度為4mol/L、6moI/L時，雜質的含量雖然低，但Co2+的溶解率也低；鹽*濃度為10mol/L時，Co2+的溶液率很高，而雜質溶解率低，故應選擇10mol/L，*為：C

(2)步驟iii的目的是儘可能把二價鈷轉化成CoCl4-，根據反應Co2＋＋4Cl− CoCl42−可知，*化*的溶解增大了Cl-濃度，使平衡正向移動，提高了Co2+的轉化率，故*為：加入NaCl固體，溶液中Cl−濃度增大，平衡Co2＋＋4Cl− CoCl42−右移，CoCl42−濃度增大，提高其在有機*試劑中的濃度

(3)有機*試劑與水不相溶，故可採用分液的方法分離，故*為：分液

(4)由圖可知，在一段時間內加入等量碳*銨所得沉澱質量隨温度的升高，先增大後減小，因考慮温度對，反應的影響：一方面，温度高有利於CO32-和Co2+的水解，從而有利於生成鹼式碳*鈷；另一方面，温度升高，使碳*銨的雙水解程度增大，致使碳*銨分解，濃度降低，溶液鹼*下降，不利與Co2+的水解成Co(OH)2CO3，故*為：温度過高，碳*銨分解(或NH4+和CO32-水解程度增大)，碳*銨濃度降低，沉澱質量減少

(5)不難寫出步驟viii的反應為：4Co3O4 + 6Li2CO3 + O2 12LiCoO2 + 6CO2，故*為：4Co3O4 + 6Li2CO3 + O2 12LiCoO2 + 6CO2

(6)根據電池反應LixC + Li1-xCoO2 C+LiCoO2：

①.放電時負極發生氧化反應，所含元素化合價升高，物質變化為LiCoO2→Li1-xCoO2，電極是LiCoO2，*為：LiCoO2

②.充電時*極發生還原反應，物質的變化為：Li1-xCoO2 →LiCoO2，電極反應式：Li1-xCoO2+xLi++xe−== LiCoO2，故*為：Li1-xCoO2+xLi++xe−== LiCoO2

【點睛】在小題(1)中，要優先考慮原料的利用率。

在小題(4)中，體現了化學反應的複雜*，要以根據實驗結果對其成因進行分析。

知識點：電化學 膠體

題型：綜合題