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：

已知：KSP ( Li2CO3)=2.0×10-3 。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） 流程中用“熱水洗滌”的原因是____________。

（2）寫出堿溶時Al箔溶解的化學方程式 ___________。

（3）酸浸時，用H2O2代替HNO3更好，其優(yōu)點是________。

（4）磷酸亞鐵鋰電池在工作時，正極發(fā)生LiFePO4和FePO4的轉(zhuǎn)化，該電池放電時正極的電極反應式為____。

（5）若濾液②中c(Li+)=4mol/L，加入等體積的Na2CO3溶液后，Li+的沉降率達到90%，計算濾液③中c(CO32-)=____mol/L

Answer 1

【答案】Li2CO3的溶解度隨溫度升高而減小，熱水洗滌可減少Li2CO3的溶解 2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑ 不產(chǎn)生污染環(huán)境的氣體 FePO4+Li++e-= LiFePO4 0.05

【解析】

(1)由題給表格數(shù)據(jù)可知，溫度升高，Li2CO3的溶解度減小，所以熱水洗滌可減少Li2CO3的溶解而提高產(chǎn)率。

(2)堿溶時，Al箔與氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉和氫氣。

(3)酸浸時，LiFePO4與混酸反應生成硫酸鋰、硫酸鐵、磷酸、一氧化氮和水，若用H2O2代替HNO3，不會產(chǎn)生污染環(huán)境的NO氣體。

(4) 正極發(fā)生LiFePO4和FePO4的轉(zhuǎn)化，則應為FePO4的轉(zhuǎn)化為LiFePO4。

(5)當濾液②中c(Li+)=4mol·L－1，加入等體積的Na2CO3后，c(Li+)=2mol·L－1，若Li+的沉降率達到90%，反應生成Li2CO3后溶液中c(Li+)=2mol·L－1×0.1=0.2 mol·L－1，由碳酸鋰溶度積Ksp(Li2CO3)=c2(Li+)c(CO32—)=2.0×10-3，可得c(CO32－)=。

(1)由題給表格數(shù)據(jù)可知，Li2CO3的溶解度隨溫度升高而減小，熱水洗滌可減少Li2CO3的溶解而提高產(chǎn)率。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；

(2)堿溶時，Al箔與氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉和氫氣，反應的離子方程式為2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑。答案為：2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑；

(3)酸浸時，LiFePO4與混酸反應生成硫酸鋰、硫酸鐵、磷酸、一氧化氮和水，反應的化學方程式為6LiFePO4+12H2SO4+2HNO3=3Li2SO4+3Fe2(SO4)3+6H3PO4+2NO↑+4H2O，若用H2O2代替HNO3，則不會產(chǎn)生污染環(huán)境的NO氣體，從而保護了環(huán)境。答案為：不產(chǎn)生污染環(huán)境的氣體；

(4) 正極發(fā)生LiFePO4和FePO4的轉(zhuǎn)化，則應為FePO4的轉(zhuǎn)化為LiFePO4，該電池放電時正極的電極反應式為FePO4+Li++e-= LiFePO4。答案為：FePO4+Li++e-= LiFePO4；

(5)當濾液②中c(Li+)=4mol·L－1，加入等體積的Na2CO3后因為溶液的稀釋使得c(Li+)=2mol·L－1，若Li+的沉降率達到90%，反應生成Li2CO3后溶液中c(Li+)=2mol·L－1×0.1=0.2 mol·L－1，由碳酸鋰溶度積Ksp(Li2CO3)=c2(Li+)c(CO32—)=2.0×10-3，可得c(CO32－)==0.05 mol·L－1，故答案為：0.05。