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溫度的變化如圖所示,分析曲線下降的原因____________。
(5)步驟viii中Co3O4 和Li2CO3 混合後,鼓入空氣,經高溫燒結得到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). 溫度過高,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;在洗脫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*銨所得沉澱質量隨溫度的升高,先增大後減小,因考慮溫度對,反應的影響:一方面,溫度高有利於CO32-和Co2+的水解,從而有利於生成鹼式碳*鈷;另一方面,溫度升高,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:溫度過高,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