Question

【題目】2019年諾貝爾化學(xué)獎授予約翰·古迪納夫、斯坦利·威廷漢和吉野彰，表彰他們對鋰離子電池研究的貢獻。磷酸亞鐵鋰(LiFePO4)電池是新能源汽車的動力電池之一。采用濕法冶金工藝回收廢舊磷酸亞鐵鋰電池正極片（除LiFePO4外，還含有Al箔、少量不溶于酸堿的導(dǎo)電劑）中的資源，部分流程如圖：

（1）從“正極”可以回收的金屬有___________________。

（2）“堿溶”時Al箔溶解的離子方程式_________________________。

（3）“酸浸”時產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況下2.24L NO時，則被氧化的LiFePO4為_________mol。（其他雜質(zhì)不與HNO3反應(yīng)）

（4）實驗測得濾液②中c(Li+)＝4 mol·L-1，加入等體積的Na2CO3溶液后，Li+的沉降率到99%，則濾液③中c(CO)＝________mol·L-1。 [Ksp(Li2CO3)＝1.6×10－3]

（5）磷酸亞鐵鋰電池總反應(yīng)為：LiFePO4＋6C Li1－xFePO4＋LixC6，電池中的固體電解質(zhì)可傳導(dǎo)Li+。放電時，正極反應(yīng)式為________________________。

（6）磷酸亞鐵鋰電池中鐵的含量可通過如下方法測定：稱取1.40g試樣用鹽酸溶解，在溶液中加入稍過量的SnCl2溶液，再加入HgCl2飽和溶液，用二苯胺磺酸鈉作指示劑，用0.030 mol·L－1重鉻酸鉀溶液滴定至溶液由淺綠色變?yōu)樗{紫色，消耗重鉻酸鉀溶液40.00mL。

已知：2Fe3+＋Sn2+＋6Cl－= SnCl＋2Fe2+

4Cl－＋Sn2+＋2HgCl2= SnCl＋Hg2Cl2

6Fe2+＋Cr2O＋14H+ = 6Fe3+＋2Cr3+＋7H2O

①實驗中加入HgCl2飽和溶液的目的是________________________。

②磷酸亞鐵鋰電池中鐵的含量為_______________。

Answer 1

【答案】Li、Fe、Al 0.3mol 4 將溶液中過量的Sn2+轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的絡(luò)合物SnCl，防止Fe2+的干擾 28.8%

【解析】

（1）根據(jù)元素守恒，即根據(jù)正極片中含有金屬元素，其余導(dǎo)電劑中所含元素不明，均能通過一定方法進行回收再利用。

（2）“堿溶”時是Al箔與NaOH溶液反應(yīng)，該離子方程式要求識記。

（3）“酸浸”時是硝酸將LiFePO4被氧化為FePO4，根據(jù)得失電子總數(shù)相等，即可進行求解。

（4）本題根據(jù)難溶電解質(zhì)的溶度積進行計算即可，特別提醒是溶液中c(Li+)從4 mol·L-1因加入了等體積的Na2CO3溶液后變?yōu)?/span>2mol·L-1。

（5）放電時正極發(fā)生還原反應(yīng)，結(jié)合題干中總反應(yīng)分析不難得出正極反應(yīng)式。

（6）根據(jù)題干的三個反應(yīng)式可以得出Sn2+的還原性比Fe2+的強，HgCl2飽和溶液將Sn2+轉(zhuǎn)化為更穩(wěn)定的絡(luò)離子SnCl， 由反應(yīng)6Fe2+＋Cr2O＋14H+ = 6Fe3+＋2Cr3+＋7H2O即可進行鐵元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的求算。

（1）根據(jù)元素守恒，正極片中含有Li、Fe、Al三種金屬元素，均能通過一定方法進行回收再利用，故答案為：Li、Fe、Al；

（2）“堿溶”時Al箔與NaOH溶液反應(yīng)的離子方程式為，故答案為：；

（3）“酸浸”時是硝酸被還原產(chǎn)生NO，LiFePO4被氧化為FePO4，根據(jù)得失電子總數(shù)相等可知：，故答案為：0.3mol；

（4）實驗測得濾液②中c(Li+)＝4 mol·L-1，加入等體積的Na2CO3溶液后，則溶液中的c(Li+)＝2mol·L-1，Li+的沉降率到99%，溶液中剩余的c(Li+)＝2mol·L-11%=0.02mol/L，則濾液③中，故答案為：4.0；

（5）放電時正極發(fā)生還原反應(yīng)，分析總反應(yīng)：LiFePO4＋6C Li1－xFePO4＋LixC6，可以得出正極反應(yīng)式為，故答案為：；

（6）①有反應(yīng)：2Fe3+＋Sn2+＋6Cl－= SnCl＋2Fe2+，可知Sn2+的還原性比Fe2+的強，當(dāng)有Sn2+存在時，Cr2O首先氧化Sn2+，故必須將Sn2+轉(zhuǎn)化為更穩(wěn)定的絡(luò)離子SnCl，否則影響Fe2+的測量，故實驗中加入HgCl2飽和溶液的目的是將溶液中過量的Sn2+轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的絡(luò)合物SnCl，防止Fe2+的干擾，故答案為：將溶液中過量的Sn2+轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的絡(luò)合物SnCl，防止Fe2+的干擾；

②由反應(yīng)6Fe2+＋Cr2O＋14H+ = 6Fe3+＋2Cr3+＋7H2O可知，，故磷酸亞鐵鋰電池中鐵的含量為 ，故答案為：28.8%。