Question

2．錳酸鋰（LiMn₂O₄）可作為鋰離子電池的正極材料．工業(yè)上利用軟錳礦漿吸收含硫煙氣（SO₂ 和O₂）制備錳酸鋰，生產(chǎn)流程如圖1：

已知：①軟錳礦主要成分為MnO₂，含少量Fe₂O₃、FeO、Al₂O₃、SiO₂等雜質(zhì)．
②軟錳礦漿在吸收含硫煙氣的過(guò)程中酸性逐漸增強(qiáng)．
③部分氫氧化物沉淀相關(guān)的溶液pH如表一：

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）已知：（圖2）表二
表二

實(shí)驗(yàn)序號(hào)	SO2濃度（g•m-3）	煙氣流速（mL•min-1）
①	4.1	55
②	4.1	96

下列措施可提高SO₂吸收率的是ad（填序號(hào)）
a．降低通入含硫煙氣的溫度   b．升高通入含硫煙氣的溫度
c．減少軟錳礦漿的進(jìn)入量     d．減小通入含硫煙氣的流速
（2）加入試劑X能提高產(chǎn)品純度，則X可以是H₂O₂（填化學(xué)式）
（3）加氨水調(diào)溶液pH在5～6之間，目的是除去鐵、鋁元素．
（4）錳酸鋰可充電電池（圖3）的總反應(yīng)式為：Li_1-xMnO₄+Li_xC$?_{放電}^{充電}$ LiMnO₄+C（x＜1）
①放電時(shí)，電池的正極反應(yīng)式為L(zhǎng)i_1-xMnO₄+xLi⁺+xe^-=LiMn₂O₄
②充電時(shí)，若轉(zhuǎn)移1mole^-，則石墨電極將增重7g．

Answer 1

分析 高溫焙燒含硫廢渣產(chǎn)生的SO₂廢氣，軟錳礦漿的主要成分是MnO₂，通入SO₂浸出液的pH＜2，其中的金屬離子主要是Mn²⁺，則MnO₂與SO₂發(fā)生氧化還原反應(yīng)，浸出液還含有少量的Fe²⁺、Al³⁺等其他金屬離子，F(xiàn)e²⁺具有還原性，可以被MnO₂在酸性條件下氧化成Fe³⁺，在氧化后的液體中加入石灰漿，雜質(zhì)中含有Fe²⁺、Al³⁺等陽(yáng)離子，由沉淀的pH范圍知，F(xiàn)e²⁺的沉淀與Mn²⁺離子的沉淀所需的pH接近，而Fe³⁺則相差很遠(yuǎn)，故可以將Fe²⁺氧化成Fe³⁺而除雜．從吸附率的圖可以看出，SO₂的吸收效率隨溫度的升高而降低，當(dāng)溫度和濃度相同時(shí)，SO₂的吸收效率隨煙氣流速的增大而降低．調(diào)節(jié)pH值在5～6間，F(xiàn)e³⁺、Al³⁺陽(yáng)離子通過(guò)調(diào)pH值，轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵、氫氧化鋁沉淀，過(guò)濾，濾渣主要有氫氧化鐵、氫氧化鋁．由于制取的MnSO₄•H₂O含有結(jié)晶水，故操作a采用蒸發(fā)濃縮結(jié)晶的方法，得到MnSO₄•H₂O，
（1）由圖2知，SO₂的吸收效率隨溫度的升高而降低，當(dāng)溫度和濃度相同時(shí)，SO₂的吸收效率隨煙氣流速的增大而降低；
（2）由沉淀的pH范圍知，F(xiàn)e²⁺的沉淀與Mn²⁺離子的沉淀所需的pH接近，而Fe³⁺則相差很遠(yuǎn)，故可以將Fe²⁺氧化成Fe³⁺而除雜．將亞鐵離子氧化成鐵離子，故應(yīng)選擇綠色氧化劑；
（3）在氧化后的液體中加入石灰漿，雜質(zhì)中含有Fe²⁺、Al³⁺等陽(yáng)離子，由沉淀的pH范圍知，F(xiàn)e²⁺的沉淀與Mn²⁺離子的沉淀所需的pH接近，而Fe³⁺則相差很遠(yuǎn)，故可以將Fe²⁺氧化成Fe³⁺而除雜．加氨水調(diào)節(jié)pH值在5～6間，F(xiàn)e³⁺、Al³⁺陽(yáng)離子通過(guò)調(diào)pH值，轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵、氫氧化鋁沉淀．
（4）①放電時(shí)的反應(yīng)為L(zhǎng)i_1-xMnO₄+Li_xC=LiMnO₄+C，化合物中Li元素的化合價(jià)降低，單質(zhì)Li中元素的化合價(jià)升高，結(jié)合原電池中負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)；
②充電時(shí)，若轉(zhuǎn)移1mole^-，則石墨電極上產(chǎn)生1molLi；

解答 解：（1）a．降低通入含硫煙氣的溫度，可提高SO₂吸收率．a(chǎn)正確；
b．升高通入含硫煙氣的溫度，不能提高SO₂吸收率．b錯(cuò)誤；
c．減少軟錳礦漿的進(jìn)入量，不能提高SO₂吸收率．c錯(cuò)誤；
d．減小通入含硫煙氣的流速，可提高SO₂吸收率．d正確．
故答案為：ad；
（2）將亞鐵離子氧化成鐵離子，應(yīng)選擇H₂O₂，
故答案為：H₂O₂；
（3）加氨水調(diào)溶液pH在5～6之間，使Fe³⁺、Al³⁺陽(yáng)離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵、氫氧化鋁沉淀而除去，
故答案為：除去鐵、鋁元素；
（4）①根據(jù)總反應(yīng)式可知Li失去電子，電池負(fù)極反應(yīng)式為：xLi-xe^-═xLi⁺，由總反應(yīng)式減去負(fù)極反應(yīng)式可得放電時(shí)的正極反應(yīng)式為L(zhǎng)i_1-xMnO₄+xLi⁺+xe^-═LiMnO₄，
故答案為：Li_1-xMnO₄+xLi⁺+xe^-═LiMnO₄；
②充電時(shí)，若轉(zhuǎn)移1mole^-，則石墨電極上產(chǎn)生1molLi，質(zhì)量為1mol×7g/mol=7g，
故答案為：7．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)生產(chǎn)流程的分析判斷，流程分析，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重學(xué)生的分析、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾椋�把握物質(zhì)性質(zhì)的應(yīng)用是解題關(guān)鍵，答題時(shí)注意把握題給信息，難度中等．