Question

【題目】錳酸鋰(LiMn2O4)是最早制得的具有三維鋰離子通道的正極材料。以MnSO4和LiFePO4為原料制備錳酸鋰的流程如圖：

請回答下列問題：

（1）“沉鐵”過程所得濾渣為白色固體，其主要成分是___。

（2）K2S2O8中S的化合價(jià)為+6價(jià)，則S2O82-中含過氧鍵的數(shù)目為__，反應(yīng)器Ⅰ中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式__。

（3）反應(yīng)器Ⅱ中反應(yīng)溫度為600～750℃。升溫到515℃時(shí)，開始有CO2產(chǎn)生，比碳酸鋰的分解溫度(723℃)低得多，可能的原因是___。

（4）制得的錳酸鋰粗產(chǎn)品中混有LiMnO2，寫出在高溫條件下反應(yīng)產(chǎn)生LiMnO2的化學(xué)方程式___；稱取一定量的錳酸鋰粗產(chǎn)品于錐形瓶中，加入稀硫酸充分溶解，滴入含0.14molNa2C2O4的標(biāo)準(zhǔn)溶液時(shí)恰好完全反應(yīng)，同時(shí)生成0.19molMn2+，則錳酸鋰粗產(chǎn)品中LiMn2O4物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為___。 (MnO2-、Mn2O4-被還為Mn2+)

Answer 1

【答案】FePO4 1 Mn2++S2O82-+2H2O=MnO2↓+4H++2SO42- MnO2作催化劑，降低了碳酸鋰分解反應(yīng)的活化能，加快碳酸鋰分解 4MnO2+2Li2CO34LiMnO2+2CO2↑+O2↑ 90%

【解析】

LiFePO4加入鹽酸和氯酸鈉浸取，浸取過程中亞鐵離子被氧化成鐵離子，之后加入碳酸鈉溶液調(diào)節(jié)pH，使Fe3+沉淀，得到的濾渣為白色固體，說明不是氫氧化鐵沉淀，根據(jù)元素守恒可知該沉淀應(yīng)為FePO4，之后再加入飽和的碳酸鈉溶液得到碳酸鋰沉淀；MnSO4與K2S2O8反應(yīng)，Mn2+被氧化成MnO2生成沉淀析出，之后將MnO2與Li2CO3混合反應(yīng)得到錳酸鋰。

(1)該濾渣為白色固體，說明不是氫氧化鐵，根據(jù)元素守恒以及溶解度的大小關(guān)系，該沉淀應(yīng)為FePO4；

(2)設(shè)S2O82-中含負(fù)一價(jià)的氧原子數(shù)目為x，則有(+6)×2+(-2)(8-x)+(-1)x=-2解得x=2，兩個(gè)負(fù)一價(jià)氧原子間有一個(gè)過氧鍵，故過氧鍵數(shù)目為1；反應(yīng)其I中Mn2+被氧化成MnO2，S2O82-中-1價(jià)的氧被還原成-2價(jià)，結(jié)合電子守恒和元素守恒可知方程式應(yīng)為：Mn2++S2O82-+2H2O=MnO2↓+4H++2SO42-；

(3)MnO2作催化劑，降低了碳酸鋰分解反應(yīng)的活化能，加快碳酸鋰分解；

(4)反應(yīng)物為MnO2和Li2CO3，產(chǎn)物有LiMnO2，說明該過程中Mn元素被還原，C元素已是最高價(jià)，不能被氧化，根據(jù)元素價(jià)態(tài)變化規(guī)律可知O元素被氧化成氧氣，結(jié)合電子守恒和元素守恒可知方程式應(yīng)為：4MnO2+2Li2CO34LiMnO2+2CO2↑+O2↑；設(shè)粗產(chǎn)品中LiMnO2的物質(zhì)的量為x，LiMn2O4的物質(zhì)的量為y，根據(jù)元素守恒有x+2y=0.19mol；根據(jù)電子守恒有x+y×2=0.14mol×2，聯(lián)立解得y=0.09mol，x=0.01mol，則錳酸鋰粗產(chǎn)品中LiMn2O4物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為=90%。