Question

4．鋰離子電池的廣泛應(yīng)用使回收利用鋰資源成為重要課題．某研究性學(xué)習(xí)小組對廢舊鋰離子電池正極材料（LiMn₂O₄、碳粉行涂覆在鋁箔上）進(jìn)行資源回收研究，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)流程如圖：

（1）第①步反應(yīng)的離子方程式為：2Al+2OH^-+2H₂O═2Al³⁺+3H₂↑．
（2）第②步反應(yīng)得到的沉淀X的化學(xué)式為Al（OH）₃．
（3）第③步反應(yīng)的離子方程式是4LiMn₂O₄+O₂+4H⁺=4Li⁺+8MnO₂+2H₂O．
（4）第④步反應(yīng)后，過濾Li₂CO₃所需的玻璃儀器有漏斗、玻璃棒、燒杯．

Answer 1

分析 第①步就是鋁溶解在氫氧化鈉溶液中（注意LiMn₂O₄不溶于水）生成四羥基合鋁酸鈉，即濾液的主要成分，第②步就是四羥基合鋁酸鈉與二氧化碳反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉的過程，第③步是LiMn₂O₄在酸性環(huán)境下能被空氣中的氧氣氧化發(fā)生的氧化還原反應(yīng)，得到的濾液中有生成的硫酸鋰，可能有過量的硫酸，最后④步加入碳酸鈉之后所得的濾液主要成分為硫酸鈉，
（1）第①步反應(yīng)為用氫氧化鈉溶液溶解鋁箔，根據(jù)電荷守恒和元素守恒書寫反應(yīng)的離子方程式；
（2）四羥基合鋁酸鈉與二氧化碳反應(yīng)產(chǎn)生氫氧化鋁和碳酸氫鈉；
（3）LiMn₂O₄在酸性環(huán)境下能被空氣中的氧氣氧化；
（4）根據(jù)過濾實(shí)驗(yàn)所需要的儀器．

解答 解：第①步就是鋁溶解在氫氧化鈉溶液中（注意LiMn₂O₄不溶于水）生成四羥基合鋁酸鈉，即濾液的主要成分，第②步就是四羥基合鋁酸鈉與二氧化碳反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉的過程，第③步是LiMn₂O₄在酸性環(huán)境下能被空氣中的氧氣氧化發(fā)生的氧化還原反應(yīng)，得到的濾液中有生成的硫酸鋰，可能有過量的硫酸，最后④步加入碳酸鈉之后所得的濾液主要成分為硫酸鈉，
（1）第①步反應(yīng)為用氫氧化鈉溶液溶解鋁箔，反應(yīng)的離子方程式為2Al+2OH^-+2H₂O═2Al³⁺+3H₂↑，故答案為：2Al+2OH^-+2H₂O═2Al³⁺+3H₂↑；
（2）四羥基合鋁酸鈉與過量二氧化碳反應(yīng)得產(chǎn)物是Al（OH）₃沉淀和碳酸氫鈉，故答案為：Al（OH）₃；
（3）在酸性環(huán)境下，LiMn₂O₄能被空氣中的氧氣氧化，離子方程式為：4 LiMn₂O₄+O₂+4H⁺=4Li⁺+8MnO₂+2H₂O，故答案為：4 LiMn₂O₄+O₂+4H⁺=4Li⁺+8MnO₂+2H₂O；
（4）過濾所用玻璃儀器有：漏斗、玻璃棒、燒杯，故答案為：漏斗、玻璃棒、燒杯．

點(diǎn)評 本題是一道實(shí)驗(yàn)和基礎(chǔ)知識相結(jié)合的綜合題，主要是混合物分離試劑作用和生成產(chǎn)物判斷，實(shí)驗(yàn)基本操作等，難度中等，答題時(shí)注意元素守恒的應(yīng)用及化學(xué)用語的規(guī)范表達(dá)．