Question

【題目】磷酸鐵鋰是鋰電池的電極材料，其成分為LiFePO4、 碳粉和鋁箔。對(duì)該材料進(jìn)行資源回收研究，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)流程如下：

已知：溶解度表：

	Li2CO3	LiOH	LiI
0℃	l.54g	12.7g	151g
100℃	0.72g	13.6g	179g

回答下列問題：

（1）由濾液1到沉淀1反應(yīng)的離子方程式為_______________________________。

（2）向?yàn)V渣1加入H2SO4、H2O2混合溶液時(shí)，磷酸鐵鋰溶解，反應(yīng)的離子方程式為__________________________________。

（3）對(duì)濾渣1酸浸操作，下列實(shí)驗(yàn)條件控制正確的是(填字母代號(hào)) _________________。

a.加入H2O2溶液適當(dāng)過量，有利于濾渣1的轉(zhuǎn)化

b.適當(dāng)提高硫酸溶液濃度并攪拌

c.用HNO3代替所加H2SO4和H2O2，節(jié)約藥品更環(huán)保

（4）濾液2加氨水時(shí)，調(diào)節(jié)pH=3，此時(shí)溶液中c(Fe3+)=________ (常溫下，Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38)。
（5）向?yàn)V液3中加入物質(zhì)X，根據(jù)溶解度表判斷X可能是：___________ (填Na2CO3、NaOH或Nal)。

（6）對(duì)沉淀3進(jìn)行洗滌操作，應(yīng)選擇________(選填“冷水”或“熱水”)進(jìn)行洗滌。

（7）磷酸鐵鋰電池的工作原理為：LiFePO4+ 6CLi1-xFePO4 +LixC6，電池中的電解質(zhì)可傳導(dǎo)Li+。放電時(shí)正極的電極反應(yīng)式為________________________________。

Answer 1

【答案】 AlO2－＋CO2＋2H2O＝Al(OH)3↓+ HCO3－ 2LiFePO4＋H2O2＋8H+＝2Li+＋2Fe3+＋2H3PO4＋2H2O ab 4×10－5 mol·L-1 Na2CO3 熱水 Li1-xFePO4＋xe-＋xLi+＝LiFePO4

【解析】根據(jù)電極材料的成分LiFePO4、 碳粉和鋁箔，分析流程可知鋰電池的電極材料經(jīng)堿浸、過濾溶解鋁得到濾液1含有偏鋁酸鈉，通入足量二氧化碳生成氫氧化鋁沉淀（沉淀1），濾渣1經(jīng)硫酸和過氧化氫酸浸，分離出碳粉（濾渣2），濾液2中含有Fe3+，加入氨水，生成氫氧化鐵沉淀（沉淀2），濾液3中含有Li+加入Na2CO3可生成Li2CO3沉淀（沉淀3），結(jié)合以上分析。

（1）由濾液1到沉淀1反應(yīng)的離子方程式為AlO2－＋CO2＋2H2O＝Al(OH)3↓+ HCO3－。

（2）向?yàn)V渣1加入H2SO4、H2O2混合溶液時(shí)，H2O2作氧化劑將Fe2+氧化為Fe3+,根據(jù)得失電子守恒寫出反應(yīng)的離子方程式為：2LiFePO4＋H2O2＋8H+＝2Li+＋2Fe3+＋2H3PO4＋2H2O。

（3）從加快化學(xué)反應(yīng)速率角度考慮，a.加入H2O2溶液適當(dāng)過量，有利于濾渣1的轉(zhuǎn)化，a正確；b.適當(dāng)提高硫酸溶液濃度并攪拌，b正確；c.用HNO3代替所加H2SO4和H2O2，會(huì)生成氮的氧化物，對(duì)環(huán)境有污染，c錯(cuò)誤；因此本題答案為ab。

（4）Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)c3(OH-)=4.0×10-38，pH=3，c(H+)=10-3mol/L，則c(OH-)=10-11mol/L，此時(shí)溶液中c(Fe3+)= mol·L-1=4×10－5 mol·L-1。

（5）根據(jù)溶解度表知，Li2CO3的溶解度最小，故X可能是：Na2CO3。

（6）由溶解度表知，Li2CO3的溶解度在100℃時(shí)小于0℃，所以對(duì)沉淀3進(jìn)行洗滌操作，應(yīng)選擇熱水洗滌。

（7）由LiFePO4+ 6CLi1-xFePO4 +LixC6知放電自左向右，且放電時(shí)正極發(fā)生還原反應(yīng)，所以放電時(shí)正極的電極反應(yīng)式為Li1-xFePO4＋xe-＋xLi+＝LiFePO4。