Question

【題目】2019年諾貝爾化學獎授予約翰·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”時產生標準狀況下2.24L NO時，則被氧化的LiFePO4為______mol。（其他雜質不與HNO3反應）

（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（CO32－）＝________ mol·L－1。 [Ksp（Li2CO3）＝1.6×10－3]

（5）磷酸亞鐵鋰電池總反應為：LiFePO4＋6C Li1－xFePO4＋LixC6，電池中的固體電解質可傳導Li+。充電時，Li+移向_______（填“陽極”或“陰極”）；放電時，正極反應式為_______。

（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－=SnCl62－＋2Fe2+

4Cl－＋Sn2+＋2HgCl2=SnCl62－＋Hg2Cl2

6Fe2+＋Cr2O72－＋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 2Al＋2OH－＋2H2O=2AlO2－＋3H2↑ 0.3 4 陰極 Li1－xFePO4＋xLi+＋xe－=LiFePO4 將溶液中過量Sn2+轉化為穩(wěn)定的SnCl62－，防止其干擾Fe2+的測定 28.8%

【解析】

(1)根據分析流程，堿溶可得到NaAlO2濾液，調節(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，故答案為：Li、Fe、Al；

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

(3)酸浸時HNO3轉化為NO，產生標準狀況下2.24LNO的物質的量為=0.1mol，產生1molNO，轉移3mol電子，則生成0.1molNO轉移0.3mol電子，LiFePO4與硝酸反應轉化為FePO4，Fe的化合價由+2價變?yōu)?3價，溶解1mol LiFePO4轉移1mol電子，則轉移0.3mol電子，溶解0.3mol LiFePO4，故答案為：0.3；

(4)若濾液②中c(Li+)=4mol/L，加入等體積的Na2CO3后，Li+的沉降率到99%，混合后溶液中含有的c(Li+)=，已知：Ksp(Li2CO3)=c2(Li+)·c(CO32-)=1.6×10-3，則濾液③中c(CO32-)===4 mol/L，故答案為：4；

(5)充電時，陽離子Li+移向陰極；放電時，正極發(fā)生還原反應，正極反應式為Li1-xFePO4+xLi++xe-=LiFePO4，故答案為：陰極；Li1－xFePO4＋xLi+＋xe－=LiFePO4；

(6)①實驗中加入HgCl2飽和溶液，可以發(fā)生反應：4Cl-+Sn2++2HgCl2=SnCl62-+Hg2Cl2，這樣就可以使溶液中過量的Sn2+轉化為穩(wěn)定的絡離子SnCl62-，從而防止用重鉻酸鉀溶液滴定溶液中Fe2+時干擾實驗結果的測定，造成實驗誤差，故答案為：將溶液中過量Sn2+轉化為穩(wěn)定的SnCl62－，防止其干擾Fe2+的測定；

②根據6Fe2++Cr2O72-+14H+=6Fe3++2Cr3++7H2O可知n(Fe2+)=6n(Cr2O72-)=，m(Fe)=，所以鐵的百分含量= 。