Question

2006年世界锂离子电池总产量超过25亿只，锂电池消耗量巨大，对不可再生的金属资源的消耗是相当大的，回收利用锂资源成为重要课题．某研究小组对某废旧锂离子电池正极材料（图中简称废料，成份为LiMn₂O₄、石墨粉和铝箔）进行回收研究，工艺流程如下：
已知：Li₂SO₄、LiOH和Li₂CO₃在303K下的溶解度分别为34.2g、12.7g和1.3g．

（1）废料在用NaOH溶液浸取之前需要进行粉碎操作，其目的是______．
（2）废旧电池可能由于放电不完全而残留有锂单质，为了安全对拆解环境的要求______．
（3）写出反应④生成沉淀X的离子方程式：______．
（4）己知LiMn₂O₄中Mn的化合价为+3和+4价，写出反应②的化学反应方程式：______．
（5）生成Li₂CO₃的化学反应方程式为______．已知Li₂CO₃在水中的溶解度随着温度升高而减小，最后一步过滤时应______．

Answer 1

解：第一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，第二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，第三步是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，最后一步加入碳酸钠之后所得的滤液主要成分为硫酸钠；
（1）粉碎废料，能增大废料与氢氧化钠溶液的接触面积，加快反应速率，故答案为：增大接触面积，加快反应速率．
（2）金属锂性质活泼，易与氧气、水发生反应，故答案为：隔绝空气和水分；
（3）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，所以离子方程式为CO₂+AlO₂^-+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，
故答案为：CO₂+AlO₂^-+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．
（4）在酸性环境下，LiMn₂O₄能被空气中的氧气氧化，生成二氧化锰、硫酸锂和水，所以化学方程式为：4LiMn₂O₄+2H₂SO₄+O₂=8MnO₂+2Li₂SO₄+2H₂O，
故答案为：4LiMn₂O₄+2H₂SO₄+O₂=8MnO₂+2Li₂SO₄+2H₂O；
（5）硫酸锂和碳酸钠反应生成硫酸钠和碳酸锂沉淀，化学反应方程式为：Li₂SO₄+Na₂CO₃=Na₂SO₄+Li₂CO₃↓；Li₂CO₃在水中的溶解度随着温度升高而减小，最后一步过滤时应趁热过滤，
故答案为：Li₂SO₄+Na₂CO₃=Na₂SO₄+Li₂CO₃↓；趁热过滤．
分析：（1）根据外界条件对化学反应速率的影响分析；
（2）从金属锂的化学性质分析，锂为活泼金属；
（3）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，注意生成的碳酸氢钠不是碳酸钠；
（4）LiMn₂O₄在酸性环境下能被空气中的氧气氧化；
（5）硫酸锂和碳酸钠反应生成硫酸钠和碳酸锂沉淀，Li₂CO₃在水中的溶解度随着温度升高而减小，最后一步过滤时应趁热过滤．
点评：本题考查了金属资源的回收和利用，难度较大，会运用基础知识分析信息给予题．