Question

（16分）2006年世界锂离子电池总产量超过25亿只，锂电池消耗量巨大，对不可再生的金属资源的消耗是相当大的，回收利用锂资源成为重要课题。某研究小组对某废旧锂离子电池正极材料(图中简称废料，成份为LiMn₂O₄、石墨粉和铝箔)进行回收研究，工艺流程如下：

已知：Li₂SO₄、LiOH和Li₂CO₃在303K下的溶解度分别为34.2g、12.7g和1.3g。

（1）废料在用NaOH溶液浸取之前需要进行粉碎操作，其目的是               。

（2）废旧电池可能由于放电不完全而残留有锂单质，为了安全对拆解环境的要求______  __                   。

（3）写出反应④生成沉淀X的离子方程式：

                                            。

（4）己知LiMn₂O₄中Mn的化合价为+3和+4价，写出反应②的离子反应方程式：

                                            。

（5）生成Li₂CO₃的化学反应方程式为__ ____                             __。已知Li₂CO₃在水中的溶解度随着温度升高而减小，最后一步过滤时应_          _。

Answer

（1）增大接触面积，加快反应速率（2分）

（2）隔绝空气和水分（2分）

(3)CO2+AlO2–+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3–（3分）

(4)4 LiMn2O4+4 H++O2=8MnO2+4 Li++2H2O（4分）

(5) Li2SO4+Na2CO3＝Na2SO4+Li2CO3↓ （3分）    趁热过滤 （2分）

【解析】（1）进行粉碎操作可以增大反应物的接触面积，加快反应速率。

（2）锂是活泼的金属，极易和水及氧气反应，所以需要隔绝空气和水分。

（3）滤液中含有偏铝酸钠，所以通入CO2能生成氢氧化铝沉淀，方程式为CO2+AlO2–+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3–。

（4）LiMn2O4中Mn的化合价为+3和+4价，则+3价的被氧化生成二氧化锰，方程式为4 LiMn2O4+4 H++O2=8MnO2+4 Li++2H2O。

（5）Li2CO3的溶解度小于硫酸锂的，因此硫酸锂和碳酸钠反应可以生成碳酸锂沉淀，所以方程式为Li2SO4+Na2CO3＝Na2SO4+Li2CO3↓。由于Li2CO3在水中的溶解度随着温度升高而减小，最后一步过滤时应趁热过滤。