Question

鋰離子電池的廣泛應用使回收利用鋰資源成為重要課題．某研究性小組對廢舊鋰離子電池正極材料（圖中簡稱廢料，成份為LiMn₂O₄、碳粉和鋁箔）進行資源回收研究，設計實驗流程如下：
已知：Li₂SO₄、LiOH和Li₂CO₃在303K下的溶解度分別為34.2g、12.7g和1.3g．
（1）廢料在用NaOH溶液浸取之前需要進行粉碎操作，其目的是______．
（2）寫出生成沉淀X的離子方程式______．
（3）寫出反應②的化學反應方程式______．
（4）反應③在實際操作中采用加入過量的Na₂CO₃固體而不是Na₂CO₃溶液，這樣做的目的是______，操作過濾Ⅲ分離出濾渣Li₂CO₃后所得濾液中的主要成份為______．（寫化學式）

Answer 1

解：第一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，第二步就是四羥基合鋁酸鈉與二氧化碳反應生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉的過程，第三步是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，得到的濾液中有生成的硫酸鋰，可能有過量的硫酸，最后一步加入碳酸鈉之后所得的濾液主要成分為硫酸鈉；
（1）粉碎廢料，能增大廢料與氫氧化鈉溶液的接觸面積，加快反應速率．
故答案為：增大接觸面積，加快反應速率．
（2）四羥基合鋁酸鈉與過量二氧化碳反應得產物是Al（OH）₃沉淀和碳酸氫鈉，
所以離子方程式為：CO₂+AlO₂^-+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．
故答案為：CO₂+AlO₂^-+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．
（3）在酸性環(huán)境下，LiMn₂O₄能被空氣中的氧氣氧化，生成二氧化錳、硫酸鋰和水，所以化學方程式為：
4LiMn₂O₄+2H₂SO₄+O₂=8MnO₂+2Li₂SO₄+2H₂O．
故答案為：4 LiMn₂O₄+2 H₂SO₄+O₂=8MnO₂+2 Li₂SO₄+2H₂O．
（4）碳酸鈉溶液中含有水，能增大碳酸鋰的溶解，而使溶液中的鋰離子沉淀不完全，所以用碳酸鈉固體不用碳酸鈉溶液；通過上面分析知，最后所得濾液中的主要成分為硫酸鈉．
故答案為：使溶液中的Li⁺沉淀完全，減少Li₂CO₃的溶解，Na₂SO₄．
分析：（1）根據(jù)外界條件對化學反應速率的影響分析；
（2）四羥基合鋁酸鈉與二氧化碳反應產生氫氧化鋁和碳酸氫鈉，注意生成的碳酸氫鈉不是碳酸鈉；
（3）LiMn₂O₄在酸性環(huán)境下能被空氣中的氧氣氧化；
（4）溶液中含有水，能增大碳酸鋰的溶解，最后所得濾液中的主要成分為硫酸鈉．
點評：本題考查了金屬資源的回收和利用，難度較大，會運用基礎知識分析信息給予題．