Question

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（LiMn₂ O₄、碳粉等涂覆在鋁箔上）進行資源回收研究，設計實驗流程如下：

（1）上述各步中，發(fā)生氧化還原反應的是：

 

；在濾液C中溶質的化學式為：

 

（2）第②步中生成沉淀X的化學方程式是：

 

（3）第③步發(fā)生反應的離子方程式是：

 

（4）第④步過程中可以觀察到的現(xiàn)象是：

 

（5）若鋰元素在轉化過程中無損失，在某次回收過程中將濾液B稀釋為V₁mL，時，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：物質分離和提純的方法和基本操作綜合應用

專題：化學實驗基本操作

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，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）反應前后元素化合價發(fā)生變化的為氧化還原反應，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得產物是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生成二氧化碳氣體，和硫酸鋰反應生成碳酸鋰沉淀；
（5）依據(jù)反應過程和物質定量關系，結合化學反應和元素守恒計算得到；

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，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)生氧化還原反應的是①中鋁溶解發(fā)生的氧化還原反應，③中空氣中 氧氣發(fā)生氧化還原反應，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得產物是Al（OH）₃沉淀和碳酸氫鈉，反應的化學方程式為：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生成二氧化碳氣體，和硫酸鋰反應生成碳酸鋰沉淀，反應現(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，測得其PH=1，溶液中氫離子濃度為0.1mol/L，則需要反應的碳酸鈉物質的量為

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溶液后才能達到中性，剩余碳酸鈉物質的量為

V2×b

1000

，依據(jù)碳元素守恒計算得到該次回收得到的Li₂CO₃物質的量=：[

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物判斷，元素守恒的計算應用，難度較大．