Question

锰酸锂（LiMn₂O₄)是新型锂离子电池常用的正极材料。工业上以软锰矿浆为原料可制备锰酸锂，同时制得副产品MnSO₄·H₂O晶体，其流程如图所示。

已知：（1）软锰矿浆的主要成分为MnO₂，还含有Fe₂O₃，MgO、Al₂O₃，CaO，SiO₂等杂质。

（2）温度高于27℃时，MnSO₄晶体的溶解度随温度升高而逐渐降低。

（3）有关物质的溶度积常数如下表：

（1）“浸出”过程中MnO₂转化为Mn²⁺的离子方程式为_____。该过程中，为提高软锰矿中MnO₂的浸出率，下列措施可行的有_____（填字母）。

A．不断搅拌，使SO₂和软锰矿浆充分接触

B．增大通入SO₂的流速

C．适当升温

D．减少软锰矿浆的进入量

（2）第1步除杂中加入H₂O₂的目的是_____。

（3）第2步除杂，主要是将Ca²⁺，Mg²⁺转化为相应的氟化物沉淀除去，其中MnF₂除去Mg²⁺反应的离子方程式为MnF₂(s)+Mg²⁺(aq)=Mn²⁺(aq)+MgF₂(s)，该反应的平衡常数为_____。

（4）图中的一系列操作指的是_____。

（5）将MnO₂和Li₂CO₃按4：1的物质的量之比配料，混合搅拌，然后高温煅烧600~750℃，制取产品LiMn₂O₄。写出该反应的化学方程式：_____。

Answer

MnO2+ SO2= SO42-+ Mn2+ AC 将Fe2+氧化为Fe3+ 7.2×107 蒸发浓缩、趁热过滤 8MnO2+2Li2CO34LiMn2O4+2CO2↑+O2↑

【解析】

(1) MnO2与SO2发生氧化还原反应，转化为Mn2+；MnO2的浸出率根据反应情况分析；

(2) H2O2 具有氧化性，结合题干分析；

(3) MnF2除去Mg2+的离子反应方程式是MnF2+ Mg2+Mn2++ MgF2，该反应的平衡常数数值为；

(4) MnSO4晶体的溶解度随温度升高而逐渐降低，要注意条件；

(5) MnO2与Li2CO3在一定温度下发生反应，产生LiMn2O4、CO2、O2，据此分析解答。

(1)“浸出”过程中MnO2与SO2发生氧化还原反应，转化为Mn2+的离子方程式为MnO2+ SO2= SO42-+ Mn2+； MnO2的浸出率：A．不断搅拌，使SO2和软锰矿浆充分接触，这样SO2就会更多转化为SO42-，A项正确；

B．增大通入SO2的流速，可能会导致部分SO2未来得及反应就逸出，物质的产率降低，B项错误；

C．温度升高，可以提升反应效率，C项正确；

D．减少软锰矿浆的进入量，SO2可能不能及时参加反应，导致回收率降低，D项错误；故合理选项是AC，故答案为MnO2+ SO2= SO42-+ Mn2+；AC；

(2)第1步除杂中加入H2O2的目的是将溶液中的Fe2+氧化为Fe3+，以便于形成Fe(OH)3沉淀，过滤将沉淀除去，故答案为：将Fe2+氧化为Fe3+；

(3)MnF2除去Mg2+的离子反应方程式是MnF2+ Mg2+Mn2++ MgF2，该反应的平衡常数数值为，故答案为：7.2×107；

(4)溶液到晶体，同时MnSO4·H2O在水中的溶解度随温度的升高而减小，采用蒸发浓缩、趁热过滤操作，故答案为：蒸发浓缩、趁热过滤；

(5) MnO2和Li2CO3反应后只有Mn的价态降低，必然有元素的化合价升高，C元素处在最高价态，不能升高，则只能是O元素价态升高，所以还有O2生成。根据电子守恒、原子守恒，可得该反应的方程式为：8MnO2+2Li2CO34LiMn2O4+2CO2↑+O2↑，故答案为：8MnO2+2Li2CO34LiMn2O4+2CO2↑+O2↑。