Question

【題目】2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予在開發(fā)鋰離子電池方面做出卓越貢獻(xiàn)的三位化學(xué)家。鋰離子電池的廣泛應(yīng)用使鋰的需求量大增，自然界中主要的鋰礦物為鋰輝石、鋰云母、透鋰長(zhǎng)石和磷鋰鋁石等。

（1）i.為鑒定某礦石中是否含有鋰元素，可以采用焰色反應(yīng)來(lái)進(jìn)行鑒定，當(dāng)觀察到火焰呈_______，可以認(rèn)為存在鋰元素。

A．紫紅色 B．綠色 C．黃色 D. 紫色（需透過(guò)藍(lán)色鈷玻璃）

ii鋰離子電池的廣泛應(yīng)用同樣也要求處理電池廢料以節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境。采用濕法冶金工藝回收廢舊磷酸亞鐵鋰電池正極片(由Al箔、LiFePO4活性材料、少量不溶于酸堿的導(dǎo)電劑組成)中的資源，部分流程如圖：

查閱資料，部分物質(zhì)的溶解度(s)，單位g，如下表所示：

（2）將回收的廢舊鋰離子電池進(jìn)行預(yù)放電、拆分破碎、熱處理等預(yù)處理，篩分后獲得正極片。下列分析你認(rèn)為合理的是___ 。

A.廢舊鋰離子電池在處理之前需要進(jìn)行徹底放電，否則在后續(xù)處理中，殘余的能量會(huì)集中釋放，可能會(huì)造成安全隱患。

B.預(yù)放電時(shí)電池中的鋰離子移向負(fù)極，不利于提高正極片中鋰元素的回收率。

C.熱處理過(guò)程可以除去廢舊鋰離子電池中的難溶有機(jī)物、碳粉等。

（3）工業(yè)上為了最終獲得一種常用金屬，向堿溶一步所得濾液中加入一定量硫酸，請(qǐng)寫出此時(shí)硫酸 參與反應(yīng)的所有離子方程式 ____________

（4）有人提出在―酸浸時(shí)，用H2O2代替HNO3效果會(huì)更好。請(qǐng)寫出用雙氧水代替硝酸時(shí)主要反應(yīng)的化學(xué)方程式__________________

（5）若濾液②中c(Li+)=4mol/L加入等體積的Na2CO3后，沉淀中的Li元素占原Li元素總量的95.5%， 計(jì)算濾液③中c(CO32-)___________。（Ksp(LiCO)=1.62×10－3）

（6）綜合考慮，最后流程中對(duì)―濾渣③‖洗滌時(shí)，常選用下列________（填字母）洗滌。

A.熱水 B.冷水 C.酒精

原因是_______________________

（7）工業(yè)上將回收的Li2CO3和濾渣②中FePO4粉碎與足量炭黑混合高溫灼燒再生制備 LiFePO4，實(shí)現(xiàn)了物質(zhì)的循環(huán)利用，更好的節(jié)省了資源，保護(hù)了環(huán)境。請(qǐng)寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式：___________________________ 。

Answer 1

【答案】A AC H++ OH-=H2O、H++AlO2-+H2O=Al(OH)3↓ 2LiFePO4 +H2O2+4H2SO4=Li2SO4+Fe2(SO4)3+2 H2O+2H3PO4 0.2mol/L A 碳酸鋰的溶解度隨溫度的升高而減小，用熱水洗滌會(huì)減少沉淀的溶解，同時(shí)熱水成本比酒精低 Li2CO3+ 2FePO4+2C= 2LiFePO4+3CO

【解析】

廢舊電池正極片（磷酸亞鐵鋰、炭黑和鋁箔等）放電拆解后加入氫氧化鈉溶液堿浸，過(guò)濾得到濾液中偏鋁酸鈉溶液，濾渣酸浸過(guò)濾得到炭黑和硫酸鋰、硫酸亞鐵的溶液，加入硫酸、硝酸氧化亞鐵濾渣生成鐵離子，調(diào)節(jié)溶液pH生成磷酸鐵沉淀，過(guò)濾后的濾液中加入碳酸鈉沉淀鋰離子生成碳酸鋰，經(jīng)過(guò)濾、洗滌、干燥等操作得到碳酸鋰，以此解答該題。

(1)根據(jù)鋰的焰色反應(yīng)回答；

(2)將回收的廢舊鋰離子電池進(jìn)行預(yù)放電，

A．從鋰的性質(zhì)分析；

B．放電是原電池，從離子的移動(dòng)方向考慮；

C．從有機(jī)物與碳的性質(zhì)分析；

(3)堿溶一步所得濾液中含有偏鋁酸鈉和氫氧化鈉，加入硫酸，首先發(fā)生的是酸堿中和，然后是偏鋁酸根與氫離子的反應(yīng)；

(4)LiFePO4在硫酸和過(guò)氧化氫同時(shí)存在的條件下生成Li2SO4，Fe2（SO4）3，2 H2O和2H3PO4，從環(huán)保和價(jià)格的角度分析；

(5)利用溶度積進(jìn)行計(jì)算；

(6)碳酸鋰的溶解度隨溫度的變化分析；

(7)根據(jù)題目所給信息寫出化學(xué)方程式；

(1)根據(jù)焰色反應(yīng)原理，鋰礦石含有鋰元素，鋰的焰色反應(yīng)為紫紅色；

(2)A．廢舊鋰離子電池在處理之前需要進(jìn)行徹底放電，由于鋰是很活潑的金屬，容易和氧氣，水蒸氣發(fā)生反應(yīng)，可能會(huì)造成安全隱患，故A正確；

B．放電時(shí)，陽(yáng)離子移向正極，故放電時(shí)電池中的鋰離子移向正極，故B錯(cuò)誤；

C．難溶有機(jī)物的沸點(diǎn)一般較低，碳粉也可以被氧化，通過(guò)熱處理可以除去有機(jī)物和碳粉，故C正確；

(3)向堿溶一步所得濾液中加入一定量硫酸，先發(fā)生酸堿中和，向偏鋁酸鈉溶液中加入酸，由于要得到金屬，酸的量必須控制，故離子反應(yīng)為：H++ OH-=H2O，H++AlO2-+H2O=Al(OH)3↓；

(4)H2O2和HNO3都具有強(qiáng)氧化性，由于硝酸見光分解，成本較高，故可以利用過(guò)氧化氫代替硝酸，過(guò)氧化氫被還原的產(chǎn)物是水，對(duì)環(huán)境沒有污染，化學(xué)方程式為2LiFePO4 +H2O2+4H2SO4=Li2SO4+Fe2(SO4)3+2H2O+2H3PO4；

(5)碳酸鋰是沉淀，存在難溶電解質(zhì)的溶解平衡，設(shè)兩溶液體積為V，濾液②中c(Li+)=4mol/L，沉淀中的Li元素占原Li元素總量的95.5%，則沉淀后溶液中鋰離子的濃度為=0.09mol/L，故Ksp (Li2CO3)=c(Li+)2c(CO32-)，故c(CO3)= ==0.2mol/L；

(6)碳酸鋰的溶解度隨溫度的升高而減小，用熱水洗滌會(huì)減少沉淀的溶解，同時(shí)熱水成本比酒精低；

(7)工業(yè)上將回收的Li2CO3和濾渣②中FePO4粉碎與足量炭黑混合高溫灼燒再生制備 LiFePO4，反應(yīng)方程式為Li2CO3+ 2FePO4+2C= 2LiFePO4+3CO。