Question

2019年诺贝尔化学奖授予锂离子电池的发明者，LiFePO₄是锂离子电池的正极材料。用含锂废渣（主要金属元素的含量：Li  8.50%、Ni  6.55%、Mg  13.24%）制备Li₂C₂O₄，并用其制备LiFePO₄部分工艺流程如图（该流程可能造成水体砷污染）：

已知：滤液1、滤液2中部分离子的浓度（g·L^-1）：

	Li^+	Ni^2+	Mg^2+
滤液1	22.72	20.68	60.18
滤液2	21.94	7.7×10^-3	0.78×10^-3

I.制备Li₂C₂O₄

(1)滤渣2的主要成分有__（填化学式）。

(2)Na₂C₂O₄溶液中各离子的浓度由大到小顺序为__。

(3)写出加入Na₂C₂O₄溶液时发生反应的离子方程式：__。

Ⅱ.制备LiFePO₄

(4)将电池极Li₂C₂O₄和FePO₄置于高温下反应生成LiFePO₄和一种温室气体，该反应的化学方程式是___。

(5)LiFePO₄需要在高温下成型后才能作为电极，高温成型时要加入少量石墨，则石墨的作用是__（任写一点）。

(6)我国科学家研究零价铁活化过硫酸钠（Na₂S₂O₈）去除废水中的As(Ⅴ)，其机制模型如图，其中零价铁与过硫酸钠反应的离子方程式是__。在该模型中得到的铁砷共沉淀物经灼烧（无元素化合价变化）后得到一种磁性化合物，化学式为Fe₇As₂O₁₄，该物质中二价铁与三价铁的个数比为__。

Answer

Mg(OH)2、Ni(OH)2 c(Na+)>c(C2O42-)>c(OH-)>c(HC2O4-)>c(H+) 2Li++C2O42-=Li2C2O4↓ Li2C2O4+2FePO42LiFePO4+2CO2↑ 改善成型后LiFePO4（或电极）的导电作用 Fe+S2O82-=Fe2++2SO42- 3:4

【解析】

含锂废渣(主要金属元素的含量：Li 8.50%、Ni 6.55%、Mg 13.24%)粉碎后加入稀硫酸，并加热，Li、Ni、Mg溶解生成Li2SO4、NiSO4、MgSO4，过滤出不溶物(滤渣1)，所得滤液1的主要成分为Li2SO4、NiSO4、MgSO4；加入NaOH调节溶液的pH=12，据表中数据，此时主要发生NiSO4、MgSO4与NaOH的反应，所得滤渣2的主要成分为Ni(OH)2、Mg(OH)2，滤液2中主要含有Li2SO4；加入Na2C2O4，与Li2SO4发生反应，主要生成Li2C2O4沉淀，这就是滤渣3的主要成分。

(1)由以上分析知，滤渣2的主要成分有Mg(OH)2、Ni(OH)2。答案为：Mg(OH)2、Ni(OH)2；

(2)Na2C2O4溶液中，主要存在以下平衡：C2O42-+H2OHC2O4-+OH-、HC2O4-+H2OH2C2O4+OH-、H2OH++OH-，且程度依次减弱，所以各离子的浓度由大到小顺序为c(Na+)>c(C2O42-)>c(OH-)>c(HC2O4-)>c(H+)。答案为：c(Na+)>c(C2O42-)>c(OH-)>c(HC2O4-)>c(H+)；

(3)加入Na2C2O4溶液时，与Li2SO4发生反应，主要生成Li2C2O4沉淀，发生反应的离子方程式为：2Li++C2O42-=Li2C2O4↓。答案为：2Li++C2O42-=Li2C2O4↓；

(4)将Li2C2O4和FePO4置于高温下反应生成LiFePO4和CO2，该反应的化学方程式是Li2C2O4+2FePO42LiFePO4+2CO2↑。答案为：Li2C2O4+2FePO42LiFePO4+2CO2↑；

(5)LiFePO4需要在高温下成型后才能作为电极，为增强电极的导电能力，高温成型时要加入少量石墨，则石墨的作用是改善成型后LiFePO4（或电极）的导电作用。答案为：改善成型后LiFePO4（或电极）的导电作用；

(6)零价铁与过硫酸钠反应，生成Fe2+和SO42-，反应的离子方程式是Fe+S2O82-=Fe2++2SO42-。在Fe7As2O14中，Fe显+2、+3价，As显+5价，O显-2价，可设Fe2+的个数为x，则Fe3+的个数为(7-x)，依据化合价的代数和等于0，可建立如下等量关系式：2x+3(7-x)=18，x=3，从而得出该物质中二价铁与三价铁的个数比为3:4。答案为：Fe+S2O82-=Fe2++2SO42-；3:4。