Question

4．锂离子电池的广泛应用使回收利用锂资源成为重要课题．某研究性学习小组对废旧锂离子电池正极材料（LiMn₂O₄、碳粉行涂覆在铝箔上）进行资源回收研究，设计实验流程如图：

（1）第①步反应的离子方程式为：2Al+2OH^-+2H₂O═2Al³⁺+3H₂↑．
（2）第②步反应得到的沉淀X的化学式为Al（OH）₃．
（3）第③步反应的离子方程式是4LiMn₂O₄+O₂+4H⁺=4Li⁺+8MnO₂+2H₂O．
（4）第④步反应后，过滤Li₂CO₃所需的玻璃仪器有漏斗、玻璃棒、烧杯．

Answer 1

分析 第①步就是铝溶解在氢氧化钠溶液中（注意LiMn₂O₄不溶于水）生成四羟基合铝酸钠，即滤液的主要成分，第②步就是四羟基合铝酸钠与二氧化碳反应生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠的过程，第③步是LiMn₂O₄在酸性环境下能被空气中的氧气氧化发生的氧化还原反应，得到的滤液中有生成的硫酸锂，可能有过量的硫酸，最后④步加入碳酸钠之后所得的滤液主要成分为硫酸钠，
（1）第①步反应为用氢氧化钠溶液溶解铝箔，根据电荷守恒和元素守恒书写反应的离子方程式；
（2）四羟基合铝酸钠与二氧化碳反应产生氢氧化铝和碳酸氢钠；
（3）LiMn₂O₄在酸性环境下能被空气中的氧气氧化；
（4）根据过滤实验所需要的仪器．

解答 解：第①步就是铝溶解在氢氧化钠溶液中（注意LiMn₂O₄不溶于水）生成四羟基合铝酸钠，即滤液的主要成分，第②步就是四羟基合铝酸钠与二氧化碳反应生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠的过程，第③步是LiMn₂O₄在酸性环境下能被空气中的氧气氧化发生的氧化还原反应，得到的滤液中有生成的硫酸锂，可能有过量的硫酸，最后④步加入碳酸钠之后所得的滤液主要成分为硫酸钠，
（1）第①步反应为用氢氧化钠溶液溶解铝箔，反应的离子方程式为2Al+2OH^-+2H₂O═2Al³⁺+3H₂↑，故答案为：2Al+2OH^-+2H₂O═2Al³⁺+3H₂↑；
（2）四羟基合铝酸钠与过量二氧化碳反应得产物是Al（OH）₃沉淀和碳酸氢钠，故答案为：Al（OH）₃；
（3）在酸性环境下，LiMn₂O₄能被空气中的氧气氧化，离子方程式为：4 LiMn₂O₄+O₂+4H⁺=4Li⁺+8MnO₂+2H₂O，故答案为：4 LiMn₂O₄+O₂+4H⁺=4Li⁺+8MnO₂+2H₂O；
（4）过滤所用玻璃仪器有：漏斗、玻璃棒、烧杯，故答案为：漏斗、玻璃棒、烧杯．

点评 本题是一道实验和基础知识相结合的综合题，主要是混合物分离试剂作用和生成产物判断，实验基本操作等，难度中等，答题时注意元素守恒的应用及化学用语的规范表达．