Question

鋰離子電池的廣泛應(yīng)用使回收利用鋰資源成為重要課題：某研究性學(xué)習(xí)小組對廢舊鋰離子電池正極材料（LiMn₂ O₄、碳粉等涂覆在鋁箔上）進(jìn)行資源回收研究，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)流程如下：

（1）上述各步中，發(fā)生氧化還原反應(yīng)的是：

 

；在濾液C中溶質(zhì)的化學(xué)式為：

 

（2）第②步中生成沉淀X的化學(xué)方程式是：

 

（3）第③步發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是：

 

（4）第④步過程中可以觀察到的現(xiàn)象是：

 

（5）若鋰元素在轉(zhuǎn)化過程中無損失，在某次回收過程中將濾液B稀釋為V₁mL，時(shí)，測得其PH=1，第④步加入的Na₂CO₃為a g，濾液C需要加入V₂mLbmol?L^-1的H₂SO₄溶液后才能達(dá)到中性．則該次回收得到的Li₂CO₃為

 

mol．（只需列算式，不必化簡）

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用

專題：化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作

分析：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和過量碳酸鈉；
（1）反應(yīng)前后元素化合價(jià)發(fā)生變化的為氧化還原反應(yīng)，最后一步加入碳酸鈉之后所得的濾液主要成分為硫酸鈉和過量碳酸鈉；
（2）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；
（3）在酸性環(huán)境下，LiMn₂O₄能被空氣中的氧氣氧化；
（4）LiMn₂O₄和碳粉中加入足量硫酸，通入空氣過濾得到濾液中主要是硫酸鋰，加入過量碳酸鈉和過量硫酸反應(yīng)生成二氧化碳?xì)怏w，和硫酸鋰反應(yīng)生成碳酸鋰沉淀；
（5）依據(jù)反應(yīng)過程和物質(zhì)定量關(guān)系，結(jié)合化學(xué)反應(yīng)和元素守恒計(jì)算得到；

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）分析流程可知發(fā)生氧化還原反應(yīng)的是①中鋁溶解發(fā)生的氧化還原反應(yīng)，③中空氣中 氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)，得到的濾液B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C主要成分為硫酸鈉和過量碳酸鈉；
故答案為：①③，Na₂SO₄、Na₂CO₃ ；
（2）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，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：NaAlO₂+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+NaHCO₃；
故答案為：NaAlO₂+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+NaHCO₃；
（3）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；
（4）LiMn₂O₄和碳粉中加入足量硫酸，通入空氣過濾得到濾液中主要是硫酸鋰，加入過量碳酸鈉和過量硫酸反應(yīng)生成二氧化碳?xì)怏w，和硫酸鋰反應(yīng)生成碳酸鋰沉淀，反應(yīng)現(xiàn)象是生成沉淀和氣體；
故答案為：有氣體和沉淀生成；
（5）碳酸鈉和過量硫酸、硫酸鋰反應(yīng)生成二氧化碳和碳酸鋰沉淀，在某次回收過程中將濾液B稀釋為V₁mL，時(shí)，測得其PH=1，溶液中氫離子濃度為0.1mol/L，則需要反應(yīng)的碳酸鈉物質(zhì)的量為

V1×0.05

1000

mol，第④步加入的Na₂CO₃為a g，濾液C需要加入V₂mLbmol?L^-1的H₂SO₄溶液后才能達(dá)到中性，剩余碳酸鈉物質(zhì)的量為

V2×b

1000

，依據(jù)碳元素守恒計(jì)算得到該次回收得到的Li₂CO₃物質(zhì)的量=：[

a

106

-（

V1×0.05

1000

）-（

V2×b

1000

）]
故答案為：[

a

106

-（

V1×0.05

1000

）-（

V2×b

1000

）]

點(diǎn)評：本題是一道實(shí)驗(yàn)和基礎(chǔ)知識(shí)相結(jié)合的綜合題，主要是混合物分離試劑作用和生成產(chǎn)物判斷，元素守恒的計(jì)算應(yīng)用，難度較大．