Question

【題目】鋰離子電池正極材料需要純度較高的硫酸錳，目前工業(yè)硫酸錳中雜質(鈣、鎂、鐵等)含量高，利用下圖流程可制取純度較高的硫酸錳溶液。

反應①使雜質生成氟化物的沉淀，對反應①前后的雜質含量檢測結果(以350g/LMnSO4計)如下：

雜質	凈化前/g	凈化后/g	去除率/%
Fe2+、Fe3+	0.001275	0.001275	﹣
Ca2+	0.490000	0.021510	95.61
Mg2+	0.252000	0.025100	90.04

(1)濾渣x中含有的物質是_____。

(2)試分析鈣鎂去除結果不同的原因：_____。

(3)在濾液中加入KMnO4可以將Fe2+氧化為Fe3+，同時生成Mn2+．該反應的離子方程式為_____。

(4)已知：生成氫氧化物沉淀的pH

	Fe(OH)2	Fe(OH)3	Mn(OH)2
開始沉淀時	6.3	1.5	8.3
完全沉淀時	8.3	2.8	9.8

注：金屬離子的起始濃度為0.1mol/L

根據(jù)表中數(shù)據(jù)解釋流程中②的目的：_____。

(5)進一步研究表明，如果反應①后不過濾直接加入KMnO4，同時控制加入的量，反應后調節(jié)pH，然后再過濾，可以進一步提高鈣鎂的去除率．鈣鎂去除率提高的原因有如下假設：

假設I：Fe2+與生成了Fe3+，Fe3+水解生成的Fe(OH)3吸附了沉淀物；

假設II：Mn2+與反應生成的活性MnO2吸附了沉淀物。

選擇適當?shù)臒o機試劑，設計實驗驗證假設是否成立____________________。

(6)鋰離子電池充放電過程中，鋰離子在正極和負極之間來回移動，就像一把搖椅，稱“搖椅式電池”。典型的鋰離子電池工作原理如圖所示。

①放電時Li+的移動方向從__________極到極_____(填“a”或“b”)。

②已知電極總反應：LiCoO2+CLi1﹣xCoO2+CLix，寫出放電時正極的電極反應式__。

Answer 1

【答案】CaF2、MgF2 CaF2比MgF2更難溶 +5Fe2++8H+＝5Fe3++Mn2++4H2O 將Fe3+轉化為Fe(OH)3達到分離鐵元素與錳元素的目的 取工業(yè)硫酸錳廢水，加入MnF2，將所得樣品分成兩份，其中一份加入Fe(OH)3膠體，另一份加入活性MnO2，分別檢測Ca2+、Mg2+的去除率，若去除率提高（大于95.61%、90.04%），則說明假設成立 b a Li1﹣xCoO2+xLi++xe-＝LiCoO2

【解析】

工業(yè)硫酸錳中雜質（鈣、鎂、鐵等）含量高，90°C加入水中攪拌，加入MnF2反應生成CaF2、MgF2沉淀，濾液中加入高錳酸鉀溶液氧化亞鐵離子生成鐵離子，調節(jié)溶液pH除去鐵離子分離鐵離子和錳離子，濾渣y為氫氧化鐵。

(1)濾渣x中含有的物質是：CaF2、MgF2，

(2)根據(jù)表格可以看出，鈣去除得較多，鈣鎂去除結果不同的原因是CaF2比MgF2更難溶；

(3)在濾液中加入KMnO4可以將Fe2+氧化為Fe3+，同時生成Mn2+，結合電子守恒和電荷守恒、原子守恒配平，該反應的離子方程式為：MnO4﹣+5Fe2++8H+5Fe3++Mn2++4H2O；

(4)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，可知流程中②調節(jié)溶液pH使鐵離子和錳離子分離，其目的是：將Fe3+轉化為Fe(OH)3達到分離鐵元素與錳元素的目的；

(5)對鈣鎂去除率提高的原因有如下假設：

假設Ⅰ：Fe2+與生成了Fe3+，Fe3+水解生成的Fe(OH)3吸附了沉淀物；

假設Ⅱ：Mn2+與反應生成的活性MnO2吸附了沉淀物．

設計實驗驗證假設是否成立：取工業(yè)硫酸錳溶液，加入MnF2，將所得樣品分成兩份，其中一份加入Fe(OH)3膠體，另一份加入活性MnO2，分別檢測Ca2+、Mg2+的去除率，若去除率提高(大于95.61%、90.04%)，則說明假設成立；

(6)①圖中放電過程中電子從b流向a說明b為負極，a為正極，放電時Li+的移動方向從負極到正極即b極移向a電極；

②已知電極總反應：LiCoO2+CLi1﹣xCoO2+CLix，則放電時正極的電極反應式為Li1﹣xCoO2+xLi++xe﹣＝LiCoO2。