（2010•江苏）正极材料为LiCoO2的锂离子电池已被广泛用作便携式电源．但钴的资源匮乏限制了其进一步发展．（1）橄榄石型LiFePO4是一种潜在的锂离子电池正极材料，它可以通过（NH4）2Fe（S

Question

（2010•江苏）正极材料为LiCoO₂的锂离子电池已被广泛用作便携式电源．但钴的资源匮乏限制了其进一步发展．
（1）橄榄石型LiFePO₄是一种潜在的锂离子电池正极材料，它可以通过（NH₄）₂Fe（SO₄）₂、H₃PO₄与LiOH溶液发生共沉淀反应，所得沉淀经80℃真空干燥、高温成型而制得．
①共沉淀反应投料时，不将（NH₄）₂Fe（SO₄）₂和LiOH溶液直接混合的原因是______．
②共沉淀反应的化学方程式为______．
③高温成型前，常向LiFePO₄中加入少量活性炭黑，其作用除了可以改善成型后的LiFePO₄的导电性能外，还能______．
（2）废旧锂离子电池的正极材料试样（主要含有LiCoO₂及少量AI、Fe等）可通过下列实验方法回收钴、锂．

①在上述溶解过程中，S₂O₃^2-被氧化成SO₄^2-，LiCoO₂在溶解过程中反应的化学方程式为______．
②Co（OH）₂在空气中加热时，固体残留率随温度的变化如右图所示．已知钴的氢氧化物加热至290℃时已完全脱水，则1000℃时，剩余固体的成分为______．（填化学式）；在350～400℃范围内，剩余固体的成分为______．（填化学式）．

Answer 1

（1）（NH₄）₂Fe（SO₄）₂和LiOH溶液反应生成Fe（OH）₂，Fe（OH）₂易被氧气氧化；所以不能将直接混合；故答案为：Fe²⁺在碱性条件下更易被氧化（凡合理答案均可）；
②根据题给信息：（NH₄）₂、H₃PO₄与LiOH溶液发生共沉淀反应生成LiFePO₄、NH₄HSO₄和H₂O，反应的化学方程式为：（NH₄）₂Fe（SO₄）₂+LiOH+H₃PO₄=LiFePO₄+2NH₄HSO₄+H₂O；故答案为：（NH₄）₂Fe（SO₄）₂+LiOH+H₃PO₄=LiFePO₄↓+2NH₄HSO₄+H₂O；
③高温成型前，常向LiFePO₄中加入少量活性炭黑，其作用除了可以改善成型后的LiFePO₄的导电性能外，还能消耗空气中的氧气，保护Fe²⁺，防止Fe²⁺被氧化；故答案为：与空气中O₂反应，防止LiFePO₄中的Fe²⁺被氧化；
（2）正极材料试样主要含有LiCoO₂及少量Al、Fe等，加入稀H₂SO₄、Na₂S₂O₃，S₂O₃^2-被氧化成SO₄^2-，具有还原性，正极材料中只有LiCoO₂具有氧化性，与反应Na₂S₂O₃反应生成CoSO₄，反应化学方程式为：8LiCoO₂+Na₂S₂O₃+11H₂SO₄=4Li₂SO₄+8CoSO₄+Na₂SO₄+11H₂O；故答案为：8LiCoO₂+Na₂S₂O₃+11H₂SO₄=4Li₂SO₄+8CoSO₄+Na₂SO₄+11H₂O；
②根据质量守恒定律，在变化过程中，Co的质量没有变，假设原始固体质量为100g，则n（Co）=(100)/(93)mol，m（Co）=100×(59)/(93)g；
在1000℃时，固体质量不再变化，说明Co（OH）₂完全分解，n（Co）：n（O）=(100)/(93)：[（80.65-100×(59)/(93)）÷16]=1：1，剩余固体成分为CoO；
在350-400℃时，固体的质量在89.25%-86.38%之间，可以通过极点进行分析，
在290℃，n（Co）：n（O）=(100)/(93)：[（89.25-100×(59)/(93)）÷16]=2：3，其化学式为Co₂O₃；
在500℃n（Co）：n（O）=(100)/(93)：[（86.38-100×(59)/(93)）÷16]=3：4，其化学式为Co₃O₄；
所以可以确定在350-400℃时的化学式为Co₂O₃和Co₃O₄，故答案为：CoO；Co₂O₃、Co₃O₄．