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：

已知：Ksp ( Li2CO3)=1.6×10-3 。部分物質(zhì)的溶解度（S）如下表所示：

T℃	S(Li2CO3)/g	S(Li2SO4)/g	S(Li3PO4)/g
20	1.33	34.2	0.039
80	0.85	30.5	——
100	0.72	——

（1）從“正極”可以回收的金屬有___。

（2）寫出堿溶時Al箔溶解的離子方程式___。

（3）磷酸亞鐵鋰電池在工作時，正極發(fā)生LiFePO4和FePO4的轉(zhuǎn)化，該電池充電時正極的電極反應(yīng)式為___。

（4）酸浸時產(chǎn)生標準狀況下3.36LNO時，溶解 LiFePO4___mol（其他雜質(zhì)不與HNO3反應(yīng)），若用H2O2代替HNO3，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為___。

（5）流程中用“熱水洗滌”的原因是___。

（6）若濾液②中c(Li+)=4mol/L，加入等體積的Na2CO3后，Li+的沉降率到90%，計算濾液③中c(CO32-)=___mol/L。

（7）“沉淀”時___（填“能”或“不能”）用Na2SO4溶液代替飽和Na2CO3溶液，原因是___。

Answer 1

【答案】Li、Fe、Al 2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑ LiFePO4 -e-=FePO4+Li+ 0.45 H2O2+2H++2Fe2+=2Fe3++2H2O或H2O2+8H++2LiFePO4=2Fe3++2H2O+2H3PO4+2Li+ Li2CO3的溶解度隨溫度升高而減小，熱水洗滌可減少Li2CO3的溶解 0.04 不能 Li2SO4為易溶物

【解析】

正極片經(jīng)堿溶可得到NaAlO2濾液，含有磷酸亞鐵鋰的濾渣加入硫酸、硝酸，可除去不溶于酸堿的導(dǎo)電劑，得到含有P、Fe、Li的濾液，加入堿液調(diào)節(jié)pH值，生成的沉淀為FePO4，濾液加入碳酸鈉，可生成碳酸鋰沉淀，以此解答該題。

（1）根據(jù)分析流程，堿溶可得到NaAlO2濾液，調(diào)節(jié)pH值，生成的沉淀為FePO4，加入碳酸鈉，可生成Li2CO3沉淀，可判斷從“正極”可以回收的金屬；

（2）堿溶時Al箔與氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和氫氣；

（3）磷酸亞鐵鋰電池在工作時，正極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：FePO4+e-+Li+= LiFePO4該電池充電時正極變?yōu)殛枠O，失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，將放電時正極反應(yīng)倒寫即為陽極電極反應(yīng)式；

（4）酸浸時HNO3轉(zhuǎn)化為NO，產(chǎn)生標準狀況下3.36LNO的物質(zhì)的量為=0.15mol，產(chǎn)生1molNO，轉(zhuǎn)移3mol電子，則生成0.15molNO轉(zhuǎn)移0.45mol電子，LiFePO4與硝酸反應(yīng)轉(zhuǎn)化為FePO4，Fe的化合價由+2價變?yōu)?/span>+3價，溶解1mol LiFePO4轉(zhuǎn)移1mol電子，則轉(zhuǎn)移0.45mol電子，溶解 LiFePO40.45mol；若用H2O2代替HNO3，H2O2與LiFePO4發(fā)生氧化還原反應(yīng)；

（5）根據(jù)表格數(shù)據(jù)已知條件可得，Li2CO3的溶解度隨溫度升高而減小，熱水洗滌可減少Li2CO3的溶解；

（6）若濾液②中c(Li+)=4mol/L，加入等體積的Na2CO3后，Li+的沉降率到90%，混合后溶液中含有的c(Li+)=4mol/L×(1-90%)×=0.2mol/L，已知：Ksp ( Li2CO3)= c2 (Li+)·c(CO32-)=1.6×10-3，進而計算c(CO32-)；

“沉淀”時不能用Na2SO4溶液代替飽和Na2CO3溶液，原因是Li2SO4為易溶物，最終得不到Li2CO3沉淀。

（1）根據(jù)分析流程，堿溶可得到NaAlO2濾液，調(diào)節(jié)pH值，生成的沉淀為FePO4，加入碳酸鈉，可生成Li2CO3沉淀，因此從“正極”可以回收的金屬有Li、Fe、Al，

答案為：Li、Fe、Al；

（2）堿溶時Al箔與氫氧化鈉反應(yīng)，溶解的離子方程式2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑，

答案為：2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑；

（3）磷酸亞鐵鋰電池在工作時，正極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：FePO4+e-+Li+= LiFePO4該電池充電時正極變?yōu)殛枠O，失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，將放電時正極反應(yīng)倒寫即為陽極電極反應(yīng)式為LiFePO4=FePO4+Li++e-，

答案為：LiFePO4 -e-=FePO4+Li+；

（4）酸浸時HNO3轉(zhuǎn)化為NO，產(chǎn)生標準狀況下3.36LNO的物質(zhì)的量為=0.15mol，產(chǎn)生1molNO，轉(zhuǎn)移3mol電子，則生成0.15molNO轉(zhuǎn)移0.45mol電子，LiFePO4與硝酸反應(yīng)轉(zhuǎn)化為FePO4，Fe的化合價由+2價變?yōu)?/span>+3價，溶解1mol LiFePO4轉(zhuǎn)移1mol電子，則轉(zhuǎn)移0.45mol電子，溶解 LiFePO40.45mol；若用H2O2代替HNO3，H2O2與LiFePO4發(fā)生氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)的離子方程式為H2O2+2H++2Fe2+=2Fe3++2H2O或H2O2+8H++2LiFePO4=2Fe3++2H2O+2H3PO4+2Li+，

答案為：0.45；H2O2+2H++2Fe2+=2Fe3++2H2O或H2O2+8H++2LiFePO4=2Fe3++2H2O+2H3PO4+2Li+；

（5）根據(jù)表格數(shù)據(jù)可得，Li2CO3的溶解度隨溫度升高而減小，熱水洗滌可減少Li2CO3的溶解，

答案為：Li2CO3的溶解度隨溫度升高而減小，熱水洗滌可減少Li2CO3的溶解；

（6）若濾液②中c(Li+)=4mol/L，加入等體積的Na2CO3后，Li+的沉降率到90%，混合后溶液中含有的c(Li+)=4mol/L×(1-90%)×=0.2mol/L，已知：Ksp ( Li2CO3)= c2 (Li+)·c(CO32-)=1.6×10-3，則濾液③中c(CO32-)===0.04 mol/L，

答案為：0.04；

（7）“沉淀”時不能用Na2SO4溶液代替飽和Na2CO3溶液，原因是Li2SO4為易溶物，最終得不到Li2CO3沉淀，

答案為：Li2SO4為易溶物。