Question

4．鋰離子電池的廣泛應用使回收利用鋰資源成為重要課題．某研究性學習小組對廢舊鋰離子電池正極材料（LiMn₂O₄、碳粉行涂覆在鋁箔上）進行資源回收研究，設計實驗流程如圖：

（1）第①步反應的離子方程式為：2Al+2OH^-+2H₂O═2Al³⁺+3H₂↑．
（2）第②步反應得到的沉淀X的化學式為Al（OH）₃．
（3）第③步反應的離子方程式是4LiMn₂O₄+O₂+4H⁺=4Li⁺+8MnO₂+2H₂O．
（4）第④步反應后，過濾Li₂CO₃所需的玻璃儀器有漏斗、玻璃棒、燒杯．

Answer 1

分析 第①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②步就是四羥基合鋁酸鈉與二氧化碳反應生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉的過程，第③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，得到的濾液中有生成的硫酸鋰，可能有過量的硫酸，最后④步加入碳酸鈉之后所得的濾液主要成分為硫酸鈉，
（1）第①步反應為用氫氧化鈉溶液溶解鋁箔，根據(jù)電荷守恒和元素守恒書寫反應的離子方程式；
（2）四羥基合鋁酸鈉與二氧化碳反應產(chǎn)生氫氧化鋁和碳酸氫鈉；
（3）LiMn₂O₄在酸性環(huán)境下能被空氣中的氧氣氧化；
（4）根據(jù)過濾實驗所需要的儀器．

解答 解：第①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②步就是四羥基合鋁酸鈉與二氧化碳反應生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉的過程，第③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，得到的濾液中有生成的硫酸鋰，可能有過量的硫酸，最后④步加入碳酸鈉之后所得的濾液主要成分為硫酸鈉，
（1）第①步反應為用氫氧化鈉溶液溶解鋁箔，反應的離子方程式為2Al+2OH^-+2H₂O═2Al³⁺+3H₂↑，故答案為：2Al+2OH^-+2H₂O═2Al³⁺+3H₂↑；
（2）四羥基合鋁酸鈉與過量二氧化碳反應得產(chǎn)物是Al（OH）₃沉淀和碳酸氫鈉，故答案為：Al（OH）₃；
（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）過濾所用玻璃儀器有：漏斗、玻璃棒、燒杯，故答案為：漏斗、玻璃棒、燒杯．

點評 本題是一道實驗和基礎知識相結合的綜合題，主要是混合物分離試劑作用和生成產(chǎn)物判斷，實驗基本操作等，難度中等，答題時注意元素守恒的應用及化學用語的規(guī)范表達．