Question

（2010?安徽）鋰離子電池的廣泛應(yīng)用使回收利用鋰貨源成為重要課題：某研究性學(xué)習(xí)小組對廢舊鋰離子電池正極材料（LiMn₂O₄、碳粉等涂覆在鋁箔上）進(jìn)行資源回收研究，設(shè)計實驗流程如下 
（1）第②步反應(yīng)得到的沉淀X的化學(xué)式為

Al（OH）₃

．
（2）第③步反應(yīng)的離子方程式是

4LiMn₂O₄+O₂+4H⁺=4Li⁺+8MnO₂+2H₂O

．
（3）第④步反應(yīng)后，過濾Li₂CO₃所需的玻璃儀器有

漏斗、玻璃棒、燒杯

．若過濾時發(fā)現(xiàn)濾液中有少量渾濁，從實驗操作的角度給出兩種可能的原因：

濾紙破損

、

濾液超過濾紙邊緣

．
（4）若廢舊鋰離子電池正極材料含LiNB₂O₄的質(zhì)量為18.1g第③步反應(yīng)中加入20.0mL3.0mol?L^-1的H₂SO₄溶液．定正極材料中的鋰經(jīng)反應(yīng)③和④完全為Li₂CO₃，剩至少有

5.3g

Na₂CO₃參加了反應(yīng)．

Answer 1

分析：（1）四羥基合鋁酸鈉與二氧化碳反應(yīng)產(chǎn)生氫氧化鋁和碳酸氫鈉；
（2）LiMn₂O₄在酸性環(huán)境下能被空氣中的氧氣氧化；
（3）根據(jù)過濾實驗所需要的儀器和實驗的結(jié)果出現(xiàn)誤差的處理辦法來分析；
（4）計算第③步反應(yīng)中加入20.0mL3.0mol?L^-1的H₂SO₄溶液的量是否過量和過量的硫酸以及生成的Li⁺消耗的碳酸鈉的量．

解答：解：第一步就是鋁溶解在氫氧化鈉溶液中（注意LiMn₂O₄不溶于水）生成四羥基合鋁酸鈉，即濾液的主要成分，第二步就是四羥基合鋁酸鈉與二氧化碳反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉的過程，第三步是LiMn₂O₄在酸性環(huán)境下能被空氣中的氧氣氧化發(fā)生的氧化還原反應(yīng)，得到的濾液中有生成的硫酸鋰，可能有過量的硫酸，最后一步加入碳酸鈉之后所得的濾液主要成分為硫酸鈉；
（1）四羥基合鋁酸鈉與過量二氧化碳反應(yīng)得產(chǎn)物是Al（OH）₃沉淀和碳酸氫鈉，故答案為：Al（OH）₃；
（2）在酸性環(huán)境下，LiMn₂O₄能被空氣中的氧氣氧化，離子方程式為：4 LiMn₂O₄+O₂+4H⁺=4Li⁺+8MnO₂+2H₂O，故答案為：4 LiMn₂O₄+O₂+4H⁺=4Li⁺+8MnO₂+2H₂O；
（3）過濾所用玻璃儀器有：漏斗、玻璃棒、燒杯；過濾時發(fā)現(xiàn)濾液中有少量渾濁，原因可能有：濾紙破損、濾液超過濾紙邊緣等，故答案為：漏斗、玻璃棒、燒杯；濾紙破損、濾液超過濾紙邊緣
（4）根據(jù)LiMn₂O₄～0.5H₂SO₄～Li⁺得18.1gLiMn₂O₄即0.1molLiMn₂O₄消耗硫酸的量為0.05mol，故硫酸有剩余，剩余的硫酸和生成的Li⁺共消耗碳酸鈉0.05mol，即5.3g，故答案為：5.3g．

點評：本題是一道試驗和基礎(chǔ)知識相結(jié)合的綜合題，難度較大．