Question

【題目】實驗室回收利用廢舊鋰離子電池正極材料錳酸鋰LiMn2O4)的一種流程如下：

(1)廢舊電池可能殘留有單質(zhì)鋰，拆解不當(dāng)易爆炸、著火，為了安全，對拆解環(huán)境的要求是_______________________________________________________。

(2)“酸浸”時采用HNO3和H2O2的混合液體，可將難溶的LiMn2O4轉(zhuǎn)化為 Mn ( NO3)2、LiNO3等產(chǎn)物。請寫出該反應(yīng)離子方程式：_________________________________。

如果采用鹽酸溶解，從反應(yīng)產(chǎn)物的角度分析，以鹽酸代替HNO3和H2O2混合物的缺點是___________。

(3)“過濾2”時，洗滌Li2CO3沉淀的操作是_________________________________。

(4)把分析純碳酸鋰與二氧化錳兩種粉末，按物質(zhì)的量1：4混合均勻加熱可重新生成 LiMn2O4，升溫到515℃時，開始有CO2產(chǎn)生，同時生成固體A，比預(yù)計碳酸鋰的分解溫度(723℃)低很多，可能的原因是______________________。

(5)制備高純MnCO3固體：已知MnCO3難溶于水、乙醇，潮濕時易被空氣氧化，100℃開始分解；Mn(OH)2開始沉淀的pH=7.7。請補充由上述過程中，制得的Mn(OH)2制備高純MnCO3的操作步驟[實驗中可選用的試劑：H2SO4、Na2CO3、C2H5OH]：向Mn(OH)2中邊攪拌邊加入______________________。

(6)味精廠、化肥廠、垃圾滲濾液等排放的廢水中往往含有高濃度的氨氮，若不經(jīng)處理直接排放會對水體造成嚴(yán)重的污染。電化學(xué)氧化法：電化學(xué)去除氨氮主要是氯氣和次氯酸的間接氧化作用。對某養(yǎng)豬場廢水進行電化學(xué)氧化處理，選用IrO2-TiO2/Ti電極作為陽極，陰極采用網(wǎng)狀鈦板，加入一定量的NaCl，調(diào)節(jié)溶液的pH，在電流密度為85mA·cm－2下電解，180min內(nèi)去除率達到98.22%。陽極發(fā)生的電極反應(yīng)式是______________________；HClO氧化除去氨氮的反應(yīng)離子方程式是_________________________________。

Answer 1

【答案】隔絕空氣和水分 2LiMn2O4＋10H＋＋3H2O2===2Li＋＋4Mn2＋＋3O2↑＋8H2O 反應(yīng)生成Cl2，污染環(huán)境 沿著玻璃棒向過濾器中加入蒸餾水至浸沒沉淀，待水自然流出，重復(fù)操作2～3次 MnO2作為催化劑，降低了碳酸鋰的分解溫度 H2SO4溶液，固體溶解，加入 Na2CO3，并控制溶液 pH＜7.7，過濾，用少量的乙醇洗滌，在低于100 ℃條件下真空干燥 2Cl-－2e-＝C12↑ 2NH4++3HClO=N2+3H2O+5H++3Cl-

【解析】

(1)金屬鋰是堿金屬，極易與氧氣和水反應(yīng)，所以廢舊電池拆解時，應(yīng)該注意隔絕空氣和水分；

故答案為：隔絕空氣和水分；

(2)根據(jù)已知條件推斷可知，LiMn2O4與HNO3和H2O2反應(yīng)生成Mn ( NO3)2、LiNO3，離子方程式為：2LiMn2O4＋10H＋＋3H2O2===2Li＋＋4Mn2＋＋3O2↑＋8H2O，如果采用鹽酸溶解LiMn2O4，反應(yīng)過程中會產(chǎn)生Cl2，造成環(huán)境污染；

故答案為：2LiMn2O4＋10H＋＋3H2O2===2Li＋＋4Mn2＋＋3O2↑＋8H2O；反應(yīng)生成Cl2，污染環(huán)境；

(3) Li2CO3沉淀生成時，會有Na2CO3殘留，所以過濾2過程中需要進行洗滌過濾，操作為：沿著玻璃棒向過濾器中加入蒸餾水至浸沒沉淀，待水自然流出，重復(fù)操作2～3次；

故答案為：沿著玻璃棒向過濾器中加入蒸餾水至浸沒沉淀，待水自然流出，重復(fù)操作2～3次；

(4) 升溫到515℃時，開始有CO2產(chǎn)生，同時生成固體A，由于二氧化錳是催化劑，加快了碳酸鋰分解速率，達到碳酸鋰分解的時間減少，所以比預(yù)計碳酸鋰的分解溫度（723℃）低很多；

故答案為：MnO2作為催化劑，降低了碳酸鋰的分解溫度；

(5)①若pH≥7.7，會生成Mn(OH)2沉淀，所制得的MnCO3不純，所以在加入NaHCO3(或Na2CO3)過程中，要向Mn(OH)2中邊攪拌邊加入硫酸溶液控制溶液的pH<7.7；②充分反應(yīng)后，得到MnCO3沉淀，過濾，并用少量水洗滌沉淀2～3次，洗滌的目的是除去附著在沉淀表面的SO42-；③用水洗法洗滌沉淀不一定能將附著在沉淀表面的離子洗干凈，故需要檢驗SO42-是否除盡；④由題已知條件可知，潮濕的MnCO3易被空氣氧化，所以在SO42-被除去之后，用少量乙醇再次洗滌，乙醇沸點低，易揮發(fā)，易帶走MnCO3沉淀表面的水分，可有效防止MnCO3被氧化；⑤當(dāng)溫度高于100 ℃時，MnCO3開始分解，所以在干燥MnCO3過程中，須在隔絕空氣的條件下，將溫度控制在100 ℃以下；

故答案為：H2SO4溶液，固體溶解，加入 Na2CO3，并控制溶液 pH＜7.7，過濾，用少量的乙醇洗滌，在低于100 ℃條件下真空干燥；

(6) ①電解時，根據(jù)放電順序，陽極是氯離子先失去電子，電極反應(yīng)式是：2Cl--2e-=C12↑，HClO氧化除去氨氮反應(yīng)的產(chǎn)物要對環(huán)境污染小，所以次氯酸與銨根反應(yīng)生成氮氣和氫離子，離子方程式是：2NH4++3HClO=N2+3H2O+5H++3Cl-；

故答案為：2Cl--2e-=C12↑；2NH4++3HClO=N2+3H2O+5H++3Cl-。