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(CO)＝________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⁺。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^－= SnCl＋2Fe²⁺

4Cl^－＋Sn²⁺＋2HgCl₂= SnCl＋Hg₂Cl₂

6Fe²⁺＋Cr₂O＋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 0.3mol 4 将溶液中过量的Sn2+转化为稳定的络合物SnCl，防止Fe2+的干扰 28.8%

【解析】

（1）根据元素守恒，即根据正极片中含有金属元素，其余导电剂中所含元素不明，均能通过一定方法进行回收再利用。

（2）“碱溶”时是Al箔与NaOH溶液反应，该离子方程式要求识记。

（3）“酸浸”时是硝酸将LiFePO4被氧化为FePO4，根据得失电子总数相等，即可进行求解。

（4）本题根据难溶电解质的溶度积进行计算即可，特别提醒是溶液中c(Li+)从4 mol·L-1因加入了等体积的Na2CO3溶液后变为2mol·L-1。

（5）放电时正极发生还原反应，结合题干中总反应分析不难得出正极反应式。

（6）根据题干的三个反应式可以得出Sn2+的还原性比Fe2+的强，HgCl2饱和溶液将Sn2+转化为更稳定的络离子SnCl， 由反应6Fe2+＋Cr2O＋14H+ = 6Fe3+＋2Cr3+＋7H2O即可进行铁元素质量分数的求算。

（1）根据元素守恒，正极片中含有Li、Fe、Al三种金属元素，均能通过一定方法进行回收再利用，故答案为：Li、Fe、Al；

（2）“碱溶”时Al箔与NaOH溶液反应的离子方程式为，故答案为：；

（3）“酸浸”时是硝酸被还原产生NO，LiFePO4被氧化为FePO4，根据得失电子总数相等可知：，故答案为：0.3mol；

（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，则溶液中的c(Li+)＝2mol·L-1，Li+的沉降率到99%，溶液中剩余的c(Li+)＝2mol·L-11%=0.02mol/L，则滤液③中，故答案为：4.0；

（5）放电时正极发生还原反应，分析总反应：LiFePO4＋6C Li1－xFePO4＋LixC6，可以得出正极反应式为，故答案为：；

（6）①有反应：2Fe3+＋Sn2+＋6Cl－= SnCl＋2Fe2+，可知Sn2+的还原性比Fe2+的强，当有Sn2+存在时，Cr2O首先氧化Sn2+，故必须将Sn2+转化为更稳定的络离子SnCl，否则影响Fe2+的测量，故实验中加入HgCl2饱和溶液的目的是将溶液中过量的Sn2+转化为稳定的络合物SnCl，防止Fe2+的干扰，故答案为：将溶液中过量的Sn2+转化为稳定的络合物SnCl，防止Fe2+的干扰；

②由反应6Fe2+＋Cr2O＋14H+ = 6Fe3+＋2Cr3+＋7H2O可知，，故磷酸亚铁锂电池中铁的含量为 ，故答案为：28.8%。