Question

【題目】錳酸鋰(LiMn2O4)可作為鋰離子電池的正極材料，在工業(yè)上可利用軟錳礦漿（主要成分為MnO2，含少量Fe2O3、FeO、Al2O3、SiO2等雜質(zhì)）吸收含硫煙氣（主要成分SO2）制備錳酸鋰，生產(chǎn)流程如下：

已知：①軟錳礦漿在吸收含硫煙氣的過程中酸性逐漸增強。②在此流程中部分金屬陽離子生成氫氧化物沉淀的pH如下表：

沉淀物	Fe(OH)3	Fe(OH)2	Al(OH)3	Mn(OH)2
開始沉淀	2.7	7.6	3.4	7.7
完全沉淀	3.7	9.6	4.7	9.8

（1）為提高含硫煙氣中SO2的吸收率，可以采取的措施_____________（舉一例）。

（2）濾液1中所含金屬陽離子有Mn2+、_____________（填離子符號）。

（3）在實際生產(chǎn)中，Li2CO3與MnO2按物質(zhì)的量之比1∶4混合均勻加熱制取LiMn2O4，反應(yīng)過程如下：

①升溫到515℃時，Li2CO3開始分解產(chǎn)生CO2，同時生成固體A，此時比預(yù)計Li2CO3的分解溫度(723℃)低得多，可能原因是_________________；

②升溫到566℃時，MnO2開始分解產(chǎn)生另一種氣體X，X恰好與①中產(chǎn)生的CO2物質(zhì)的量相等，同時得到固體B。請寫出此過程反應(yīng)的化學(xué)方程式___________；

③升溫到720℃時，第三階段反應(yīng)開始，固體質(zhì)量逐漸增加，當(dāng)質(zhì)量不再增加時，得到高純度的錳酸鋰。請寫出該階段反應(yīng)的化學(xué)方程式_________________。

（4）請補充完整由“濾液1”得到“濾液2”同時回收Al(OH)3的實驗方案[Al(OH)3在pH≥12時溶解]：邊攪拌邊向濾液1中________________。（實驗中須用到的試劑有：NaOH溶液、H2O2、CO2）

Answer 1

【答案】降低通入含硫煙氣的溫度（或減小通入含硫煙氣的流速） Al3+、Fe2+ MnO2對Li2CO3分解有催化作用 4MnO22Mn2O3 +O2↑ 2Li2O + 4Mn2O3 + O2 4LiMn2O4 滴加足量H2O2；攪拌，加入NaOH溶液至4.7≤pH＜7.7，過濾得濾液2和固體；向所得固體中加入NaOH溶液至pH≥12，攪拌、過濾，再向所得濾液中通入過量的CO2，過濾、洗滌、低溫烘干得Al(OH)3

【解析】

軟錳礦漿(主要成分為MnO2，含少量Fe2O3、FeO、Al2O3、SiO2等）制備錳酸鋰，在實際生產(chǎn)中，Li2CO3與MnO2按物質(zhì)的量之比為1：4混合均勻加熱制取LiMn2O4．軟錳礦漿通入含二氧化硫的煙氣，二氧化硫溶于水生成亞硫酸，MnO2、Fe2O3、FeO、Al2O3、都能溶于酸，二氧化硅不溶鹽酸，濾渣1為二氧化硅，濾液1含Al3＋、Mn2＋、Fe2＋，滴加足量過氧化氫，攪拌加入氫氧化鈉溶液至4.7≤PH<7.7，過濾得到濾液2和固體，向所得固體中加入氫氧化鈉溶液至PH≥12，攪拌過濾再向所得濾液中通入二氧化碳過濾洗滌，低溫烘干得到氫氧化鋁，濾液2中加入氫氧化鈉溶液過濾得到Mn(OH)2，一定條件下得到MnO2，Li2CO3與MnO2按物質(zhì)的量之比為1：4混合均勻加熱制取LiMn2O4．

(1)圖象分析可知隨溫度升高，二氧化硫的吸收率降低。

(2)煙氣中含二氧化硫溶于水生成亞硫酸，溶液顯酸性，二氧化硅是酸性氧化物不與亞硫酸反應(yīng)，氧化鋁是兩性氫氧化物，氧化鐵和氧化亞鐵是堿性氧化物，且鐵離子具有氧化性把二氧化硫氧化為硫酸而本身被還原為亞鐵離子，二氧化錳中+4價錳被還原為Mn2＋。

(3)①考慮二氧化錳的催化劑作用。

②升溫到566℃時，MnO2開始分解產(chǎn)生另一種氣體X只能為氧氣，氧氣恰好與①中產(chǎn)生的CO2物質(zhì)的量相等，假設(shè)Li2CO3的物質(zhì)的量為1mol，MnO2物質(zhì)的量為4mol，則產(chǎn)生1molCO2即生成1molO2，元素守恒B中含4molMn和6molO，同時得到固體B的化學(xué)式Mn2O3。

③升溫到720℃時，A、B反應(yīng)，固體質(zhì)量逐漸增加，當(dāng)質(zhì)量不再增加時，得到高純度的錳酸鋰，Li2O和Mn2O3反應(yīng)生成LiMn2O4。

(4)依據(jù)(2)分析含有的離子是Al3＋、Fe2＋等，根據(jù)流程圖錳離子存在在溶液中，需要把鐵離子和鋁離子沉淀不能影響錳離子，據(jù)表中數(shù)據(jù)分析，把亞鐵離子氧化為鐵離子，然后調(diào)節(jié)溶液PH，使鐵離子、鋁離子完全沉淀，再利用氫氧化鋁的兩性除去氫氧化鐵。

(1)圖象分析可知隨溫度升高，二氧化硫的吸收率降低，因此提高二氧化硫吸收率需要降低通入含硫煙氣的溫度或減小通入含硫煙氣的流速。故答案為：降低通入含硫煙氣的溫度（或減小通入含硫煙氣的流速）；

(2)煙氣中含二氧化硫溶于水生成亞硫酸,溶液顯酸性,二氧化硅是酸性氧化物不與亞硫酸反應(yīng),氧化鋁是兩性氫氧化物,氧化鐵和氧化亞鐵是堿性氧化物,且鐵離子具有氧化性把二氧化硫以為硫酸本身被還原為亞鐵離子,二氧化錳中+4價錳被還原為Mn2＋,因此濾液1中含有的金屬陽離子是Al3＋、Mn2＋、Fe2＋。故答案為：Al3＋、Fe2＋；

(3)①升溫到515℃時,Li2CO3開始分解產(chǎn)生CO2,同時生成固體A,此時比預(yù)計Li2CO3的分解溫度(723℃)低得多,說明MnO2對Li2CO3的分解有催化劑的作用。

②升溫到566℃時,MnO2開始分解產(chǎn)生另一種氣體X只能為氧氣,氧氣恰好與①中產(chǎn)生的CO2物質(zhì)的量相等,假設(shè)Li2CO3的物質(zhì)的量為1mol,MnO2物質(zhì)的量為4mol,則產(chǎn)生1molCO2即生成1molO2,元素守恒B中含4molMn和6molO,同時得到固體B的化學(xué)式Mn2O3,反應(yīng)的化學(xué)方程式為：。

③升溫到720℃時,A、B反應(yīng),固體質(zhì)量逐漸增加，當(dāng)質(zhì)量不再增加時，得到高純度的錳酸鋰，Li2O和Mn2O3反應(yīng)生成LiMn2O4,因為固體質(zhì)量增加,反應(yīng)的化學(xué)方程式為：

故答案為：MnO2對Li2CO3分解有催化作用；；；

(4)依據(jù)(2)分析含有的離子是Al3＋、Fe2＋等，根據(jù)流程圖錳離子存在在溶液中，需要把鐵離子和鋁離子沉淀不能影響錳離子表中數(shù)據(jù)分析，把亞鐵以為鐵離子，然后調(diào)節(jié)溶液PH，使鐵離子、鋁離子完全沉淀，再利用氫氧化鋁的兩性除去氫氧化鐵，具體步驟為：滴加足量過氧化氫，攪拌加入氫氧化鈉溶液至4.7≤pH＜7.7，過濾得到濾液2和固體，向所得固體中加入氫氧化鈉溶液至pH≥12，攪拌過濾再向所得濾液中通入二氧化碳過濾洗滌，低溫烘干得到氫氧化鋁。

故答案為：滴加足量H2O2；攪拌，加入NaOH溶液至4.7≤pH＜7.7，過濾得濾液2和固體；向所得固體中加入NaOH溶液至pH≥12，攪拌、過濾，再向所得濾液中通入過量的CO2，過濾、洗滌、低溫烘干得Al(OH)3。