Question

2019年诺贝尔化学奖授予在开发锂离子电池方面做出卓越贡献的三位化学家。锂离子电池的广泛应用使锂的需求量大增，自然界中主要的锂矿物为锂辉石、锂云母、透锂长石和磷锂铝石等。

（1）i.为鉴定某矿石中是否含有锂元素，可以采用焰色反应来进行鉴定，当观察到火焰呈_______，可以认为存在锂元素。

A．紫红色    B．绿色    C．黄色    D. 紫色（需透过蓝色钴玻璃）

ii锂离子电池的广泛应用同样也要求处理电池废料以节约资源、保护环境。采用湿法冶金工艺回收废旧磷酸亚铁锂电池正极片(由Al箔、LiFePO₄活性材料、少量不溶于酸碱的导电剂组成)中的资源，部分流程如图：

 查阅资料，部分物质的溶解度(s)，单位g，如下表所示：

（2）将回收的废旧锂离子电池进行预放电、拆分破碎、热处理等预处理，筛分后获得正极片。下列分析你认为合理的是___ 。

A.废旧锂离子电池在处理之前需要进行彻底放电，否则在后续处理中，残余的能量会集中释放，可能会造成安全隐患。

B.预放电时电池中的锂离子移向负极，不利于提高正极片中锂元素的回收率。

C.热处理过程可以除去废旧锂离子电池中的难溶有机物、碳粉等。

（3）工业上为了最终获得一种常用金属，向碱溶一步所得滤液中加入一定量硫酸，请写出此时硫酸 参与反应的所有离子方程式 ____________

（4）有人提出在―酸浸时，用H₂O₂代替HNO₃效果会更好。请写出用双氧水代替硝酸时主要反应的化学方程式__________________

（5）若滤液②中c(Li⁺)=4mol/L加入等体积的Na₂CO₃后，沉淀中的Li元素占原Li元素总量的95.5%， 计算滤液③中c(CO₃^2-)___________。（K_sp(LiCO)=1.62×10^－3）

（6）综合考虑，最后流程中对―滤渣③‖洗涤时，常选用下列________（填字母）洗涤。

A.热水       B.冷水      C.酒精

原因是_______________________

（7）工业上将回收的Li₂CO₃和滤渣②中FePO₄粉碎与足量炭黑混合高温灼烧再生制备 LiFePO₄，实现了物质的循环利用，更好的节省了资源，保护了环境。请写出反应的化学方程式：___________________________  。

Answer

A AC H++ OH-=H2O、H++AlO2-+H2O=Al(OH)3↓ 2LiFePO4 +H2O2+4H2SO4=Li2SO4+Fe2(SO4)3+2 H2O+2H3PO4 0.2mol/L A 碳酸锂的溶解度随温度的升高而减小，用热水洗涤会减少沉淀的溶解，同时热水成本比酒精低 Li2CO3+ 2FePO4+2C= 2LiFePO4+3CO

【解析】

废旧电池正极片（磷酸亚铁锂、炭黑和铝箔等）放电拆解后加入氢氧化钠溶液碱浸，过滤得到滤液中偏铝酸钠溶液，滤渣酸浸过滤得到炭黑和硫酸锂、硫酸亚铁的溶液，加入硫酸、硝酸氧化亚铁滤渣生成铁离子，调节溶液pH生成磷酸铁沉淀，过滤后的滤液中加入碳酸钠沉淀锂离子生成碳酸锂，经过滤、洗涤、干燥等操作得到碳酸锂，以此解答该题。

(1)根据锂的焰色反应回答；

(2)将回收的废旧锂离子电池进行预放电，

A．从锂的性质分析；

B．放电是原电池，从离子的移动方向考虑；

C．从有机物与碳的性质分析；

(3)碱溶一步所得滤液中含有偏铝酸钠和氢氧化钠，加入硫酸，首先发生的是酸碱中和，然后是偏铝酸根与氢离子的反应；

(4)LiFePO4在硫酸和过氧化氢同时存在的条件下生成Li2SO4，Fe2（SO4）3，2 H2O和2H3PO4，从环保和价格的角度分析；

(5)利用溶度积进行计算；

(6)碳酸锂的溶解度随温度的变化分析；

(7)根据题目所给信息写出化学方程式；

(1)根据焰色反应原理，锂矿石含有锂元素，锂的焰色反应为紫红色；

(2)A．废旧锂离子电池在处理之前需要进行彻底放电，由于锂是很活泼的金属，容易和氧气，水蒸气发生反应，可能会造成安全隐患，故A正确；

B．放电时，阳离子移向正极，故放电时电池中的锂离子移向正极，故B错误；

C．难溶有机物的沸点一般较低，碳粉也可以被氧化，通过热处理可以除去有机物和碳粉，故C正确；

(3)向碱溶一步所得滤液中加入一定量硫酸，先发生酸碱中和，向偏铝酸钠溶液中加入酸，由于要得到金属，酸的量必须控制，故离子反应为：H++ OH-=H2O，H++AlO2-+H2O=Al(OH)3↓；

(4)H2O2和HNO3都具有强氧化性，由于硝酸见光分解，成本较高，故可以利用过氧化氢代替硝酸，过氧化氢被还原的产物是水，对环境没有污染，化学方程式为2LiFePO4 +H2O2+4H2SO4=Li2SO4+Fe2(SO4)3+2H2O+2H3PO4；

(5)碳酸锂是沉淀，存在难溶电解质的溶解平衡，设两溶液体积为V，滤液②中c(Li+)=4mol/L，沉淀中的Li元素占原Li元素总量的95.5%，则沉淀后溶液中锂离子的浓度为=0.09mol/L，故Ksp (Li2CO3)=c(Li+)2c(CO32-)，故c(CO3)= ==0.2mol/L；

(6)碳酸锂的溶解度随温度的升高而减小，用热水洗涤会减少沉淀的溶解，同时热水成本比酒精低；

(7)工业上将回收的Li2CO3和滤渣②中FePO4粉碎与足量炭黑混合高温灼烧再生制备 LiFePO4，反应方程式为Li2CO3+ 2FePO4+2C= 2LiFePO4+3CO。