Question

2019年诺贝尔化学奖授予约翰·古迪纳夫、斯坦利·威廷汉和吉野彰，表彰他们对锂离子电池研究的贡献。磷酸亚铁锂（LiFePO₄）电池是新能源汽车的动力电池之一。采用湿法冶金工艺回收废旧磷酸亚铁锂电池正极片（除LiFePO₄外，还含有Al箔、少量不溶于酸碱的导电剂）中的资源，部分流程如图：

（1）从“正极”可以回收的金属有___________。

（2）“碱溶”时Al箔溶解的离子方程式_________。

（3）“酸浸”时产生标准状况下2.24L NO时，则被氧化的LiFePO₄为______mol。（其他杂质不与HNO₃反应）

（4）实验测得滤液②中c（Li⁺）＝4 mol·L^－1，加入等体积的Na₂CO₃溶液后，Li⁺的沉降率到99%，则滤液③中c（CO₃^2－）＝________ mol·L^－1。 [K_sp（Li₂CO₃）＝1.6×10^－3]

（5）磷酸亚铁锂电池总反应为：LiFePO₄＋6C Li_1－xFePO₄＋Li_xC₆，电池中的固体电解质可传导Li⁺。充电时，Li⁺移向_______（填“阳极”或“阴极”）；放电时，正极反应式为_______。

（6）磷酸亚铁锂电池中铁的含量可通过如下方法测定：称取1.40g试样用盐酸溶解，在溶液中加入稍过量的SnCl₂溶液，再加入HgCl₂饱和溶液，用二苯胺磺酸钠作指示剂，用0.030 mol·L^－1重铬酸钾溶液滴定至溶液由浅绿色变为蓝紫色，消耗重铬酸钾溶液40.00mL。

已知：2Fe³⁺＋Sn²⁺＋6Cl^－=SnCl₆^2－＋2Fe²⁺

4Cl^－＋Sn²⁺＋2HgCl₂=SnCl₆^2－＋Hg₂Cl₂

6Fe²⁺＋Cr₂O₇^2－＋14H⁺=6Fe³⁺＋2Cr³⁺＋7H₂O

① 实验中加入HgCl₂饱和溶液的目的是__________。

② 磷酸亚铁锂电池中铁的含量为_______。

Answer

Li、Fe、Al 2Al＋2OH－＋2H2O=2AlO2－＋3H2↑ 0.3 4 阴极 Li1－xFePO4＋xLi+＋xe－=LiFePO4 将溶液中过量Sn2+转化为稳定的SnCl62－，防止其干扰Fe2+的测定 28.8%

【解析】

(1)根据分析流程，碱溶可得到NaAlO2滤液，调节pH值，生成的沉淀为FePO4，加入碳酸钠，可生成Li2CO3沉淀，因此从“正极”可以回收的金属有Li、Fe、Al，故答案为：Li、Fe、Al；

(2)碱溶时Al箔与氢氧化钠反应，溶解的离子方程式2Al＋2OH－＋2H2O=2AlO2－＋3H2↑，故答案为：2Al＋2OH－＋2H2O=2AlO2－＋3H2↑；

(3)酸浸时HNO3转化为NO，产生标准状况下2.24LNO的物质的量为=0.1mol，产生1molNO，转移3mol电子，则生成0.1molNO转移0.3mol电子，LiFePO4与硝酸反应转化为FePO4，Fe的化合价由+2价变为+3价，溶解1mol LiFePO4转移1mol电子，则转移0.3mol电子，溶解0.3mol LiFePO4，故答案为：0.3；

(4)若滤液②中c(Li+)=4mol/L，加入等体积的Na2CO3后，Li+的沉降率到99%，混合后溶液中含有的c(Li+)=，已知：Ksp(Li2CO3)=c2(Li+)·c(CO32-)=1.6×10-3，则滤液③中c(CO32-)===4 mol/L，故答案为：4；

(5)充电时，阳离子Li+移向阴极；放电时，正极发生还原反应，正极反应式为Li1-xFePO4+xLi++xe-=LiFePO4，故答案为：阴极；Li1－xFePO4＋xLi+＋xe－=LiFePO4；

(6)①实验中加入HgCl2饱和溶液，可以发生反应：4Cl-+Sn2++2HgCl2=SnCl62-+Hg2Cl2，这样就可以使溶液中过量的Sn2+转化为稳定的络离子SnCl62-，从而防止用重铬酸钾溶液滴定溶液中Fe2+时干扰实验结果的测定，造成实验误差，故答案为：将溶液中过量Sn2+转化为稳定的SnCl62－，防止其干扰Fe2+的测定；

②根据6Fe2++Cr2O72-+14H+=6Fe3++2Cr3++7H2O可知n(Fe2+)=6n(Cr2O72-)=，m(Fe)=，所以铁的百分含量= 。