Question

（2011?天河區(qū)一模）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．某研究性小組對廢舊鋰離子電池正極材料（圖中簡稱廢料，成份為LiMn₂O₄、碳粉和鋁箔）進行資源回收研究，設(shè)計實驗流程如下：
已知：Li₂SO₄、LiOH和Li₂CO₃在303K下的溶解度分別為34.2g、12.7g和1.3g．
（1）廢料在用NaOH溶液浸取之前需要進行粉碎操作，其目的是

增大接觸面積，加快反應(yīng)速率．

．
（2）寫出生成沉淀X的離子方程式

CO₂+AlO₂^-+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-

．
（3）寫出反應(yīng)②的化學反應(yīng)方程式

4LiMn₂O₄+2H₂SO₄+O₂=8MnO₂+2Li₂SO₄+2H₂O

．
（4）反應(yīng)③在實際操作中采用加入過量的Na₂CO₃固體而不是Na₂CO₃溶液，這樣做的目的是

使溶液中的Li⁺沉淀完全，減少Li₂CO₃的溶解

，操作過濾Ⅲ分離出濾渣Li₂CO₃后所得濾液中的主要成份為

Na₂SO₄

．（寫化學式）

Answer 1

分析：（1）根據(jù)外界條件對化學反應(yīng)速率的影響分析；
（2）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，注意生成的碳酸氫鈉不是碳酸鈉；
（3）LiMn₂O₄在酸性環(huán)境下能被空氣中的氧氣氧化；
（4）溶液中含有水，能增大碳酸鋰的溶解，最后所得濾液中的主要成分為硫酸鈉．

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）粉碎廢料，能增大廢料與氫氧化鈉溶液的接觸面積，加快反應(yīng)速率．
故答案為：增大接觸面積，加快反應(yīng)速率．
（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，
所以離子方程式為：CO₂+AlO₂^-+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．
故答案為：CO₂+AlO₂^-+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．
（3）在酸性環(huán)境下，LiMn₂O₄能被空氣中的氧氣氧化，生成二氧化錳、硫酸鋰和水，所以化學方程式為：
4LiMn₂O₄+2H₂SO₄+O₂=8MnO₂+2Li₂SO₄+2H₂O．
故答案為：4 LiMn₂O₄+2 H₂SO₄+O₂=8MnO₂+2 Li₂SO₄+2H₂O．
（4）碳酸鈉溶液中含有水，能增大碳酸鋰的溶解，而使溶液中的鋰離子沉淀不完全，所以用碳酸鈉固體不用碳酸鈉溶液；通過上面分析知，最后所得濾液中的主要成分為硫酸鈉．
故答案為：使溶液中的Li⁺沉淀完全，減少Li₂CO₃的溶解，Na₂SO₄．

點評：本題考查了金屬資源的回收和利用，難度較大，會運用基礎(chǔ)知識分析信息給予題．