Question

7．鋰離子電池的廣泛應(yīng)用使得鋰電池的回收利用一直是科學(xué)家關(guān)注的焦點(diǎn)．磷酸鐵鋰是鋰電池中最有前景的正極材料，磷酸鐵是其前驅(qū)體，充放電時(shí)可以實(shí)現(xiàn)相互轉(zhuǎn)化．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LiFePO₄、碳粉和鋁箔）進(jìn)行金屬資源回收研究，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)流程如下：

已知：①FePO₄可溶于稀H₂SO₄，不溶于水和其他的酸．
②Li₂SO₄、LiOH和Li₂CO₃在273K下的溶解度分別為34.2g、22.7g和1.54g，在373K下，Li₂CO₃的溶解度為0.72g
③K_sp[Al（OH）₃]=10^-32K_sp[Fe（OH）₃]=4×10^-38
（1）操作1為：過濾
（2）濾液A中通入過量CO₂的化學(xué)方程式為：CO₂+2H₂O+NaAlO₂=NaHCO₃+Al（OH）₃↓．
（3）可以提高操作1浸出率的方法有（寫出3種）升溫，攪拌，增大濃度，增加時(shí)間等 ．
（4）完成操作3中的離子方程式：2LiFePO₄+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2Li⁺+2PO₄^3-+2H₂O．
（5）該鋰電池充電時(shí)的陽極反應(yīng)式：LiFePO₄-e^-=FePO₄+Li⁺．
（6）操作4中應(yīng)選擇試劑：NaOH
（7）沉淀C的成分：Li₂CO₃  

Answer 1

分析 鋰離子電池正極材料（成份為LiFePO₄、碳粉和鋁箔）氫氧化鈉溶液溶解，過濾得濾渣A中含有LiFePO₄、碳粉，濾液A中含有偏鋁酸鈉，濾液A中通入過量二氧化碳得沉淀A為氫氧化鋁，氫氧化鋁經(jīng)過灼燒分解、電解可得鋁，濾渣A中加入雙氧水、硫酸，過濾得濾渣B為碳粉，濾液B的主要成分為Fe³⁺、Li⁺、PO₄^3-，調(diào)節(jié)濾液B的PH值，過濾，可得沉淀B為氫氧化鐵，濾液C中含有Li⁺、PO₄^3-，濾液C中加入碳酸鈉可得沉淀C為Li₂CO₃，據(jù)此答題．

解答 解：鋰離子電池正極材料（成份為LiFePO₄、碳粉和鋁箔）氫氧化鈉溶液溶解，過濾得濾渣A中含有LiFePO₄、碳粉，濾液A中含有偏鋁酸鈉，濾液A中通入過量二氧化碳得沉淀A為氫氧化鋁，氫氧化鋁經(jīng)過灼燒分解、電解可得鋁，濾渣A中加入雙氧水、硫酸，過濾得濾渣B為碳粉，濾液B的主要成分為Fe³⁺、Li⁺、PO₄^3-，調(diào)節(jié)濾液B的PH值，過濾，可得沉淀B為氫氧化鐵，濾液C中含有Li⁺、PO₄^3-，濾液C中加入碳酸鈉可得沉淀C為Li₂CO₃，
（1）分離固液混合物應(yīng)使用過濾，故答案為：過濾；
（2）濾液A中含有偏鋁酸鈉，通入過量二氧化碳得到沉淀A為氫氧化鋁，并生成碳酸氫鈉，離子程式為：CO₂+2H₂O+NaAlO₂=NaHCO₃+Al（OH）₃↓，
故答案為：CO₂+2H₂O+NaAlO₂=NaHCO₃+Al（OH）₃↓；
（3）根據(jù)影響反應(yīng)速率的因素可知，提高操作1浸出率的方法有升溫，攪拌，增大濃度，增加時(shí)間等，
故答案為：升溫，攪拌，增大濃度，增加時(shí)間等；
（4）操作3中加入雙氧水，將亞鐵離子氧化成鐵離子，反應(yīng)的離子方程式為：2LiFePO₄+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2Li⁺+2PO₄^3-+2H₂O，
故答案為：2LiFePO₄+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2Li⁺+2PO₄^3-+2H₂O；
（5）鋰電池充電時(shí)的正極即為陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)式為LiFePO₄ -e^-=FePO₄+Li⁺，
故答案為：LiFePO₄ -e^-=FePO₄+Li⁺；
（6）操作4中是調(diào)節(jié)PH值，使得鐵離子沉淀完全，應(yīng)選擇試劑為NaOH，
故答案為：NaOH；
（7）根據(jù)上面的分析可知，沉淀C的成分為Li₂CO₃，
故答案為：Li₂CO₃．

點(diǎn)評 本題為生產(chǎn)流程題，涉及金屬的回收、氧化還原反應(yīng)、物質(zhì)的分離、金屬的冶煉等問題，題目較為綜合，做題時(shí)注意仔細(xì)審題，從題目中獲取關(guān)鍵信息，難度中等．