Question

【题目】磷酸铁锂是锂电池的电极材料，其成分为LiFePO4、 碳粉和铝箔。对该材料进行资源回收研究，设计实验流程如下：

已知：溶解度表：

	Li2CO3	LiOH	LiI
0℃	l.54g	12.7g	151g
100℃	0.72g	13.6g	179g

回答下列问题：

（1）由滤液1到沉淀1反应的离子方程式为_______________________________。

（2）向滤渣1加入H2SO4、H2O2混合溶液时，磷酸铁锂溶解，反应的离子方程式为__________________________________。

（3）对滤渣1酸浸操作，下列实验条件控制正确的是(填字母代号) _________________。

a.加入H2O2溶液适当过量，有利于滤渣1的转化

b.适当提高硫酸溶液浓度并搅拌

c.用HNO3代替所加H2SO4和H2O2，节约药品更环保

（4）滤液2加氨水时，调节pH=3，此时溶液中c(Fe3+)=________ (常温下，Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38)。
（5）向滤液3中加入物质X，根据溶解度表判断X可能是：___________ (填Na2CO3、NaOH或Nal)。

（6）对沉淀3进行洗涤操作，应选择________(选填“冷水”或“热水”)进行洗涤。

（7）磷酸铁锂电池的工作原理为：LiFePO4+ 6CLi1-xFePO4 +LixC6，电池中的电解质可传导Li+。放电时正极的电极反应式为________________________________。

Answer 1

【答案】 AlO2－＋CO2＋2H2O＝Al(OH)3↓+ HCO3－ 2LiFePO4＋H2O2＋8H+＝2Li+＋2Fe3+＋2H3PO4＋2H2O ab 4×10－5 mol·L-1 Na2CO3 热水 Li1-xFePO4＋xe-＋xLi+＝LiFePO4

【解析】根据电极材料的成分LiFePO4、 碳粉和铝箔，分析流程可知锂电池的电极材料经碱浸、过滤溶解铝得到滤液1含有偏铝酸钠，通入足量二氧化碳生成氢氧化铝沉淀（沉淀1），滤渣1经硫酸和过氧化氢酸浸，分离出碳粉（滤渣2），滤液2中含有Fe3+，加入氨水，生成氢氧化铁沉淀（沉淀2），滤液3中含有Li+加入Na2CO3可生成Li2CO3沉淀（沉淀3），结合以上分析。

（1）由滤液1到沉淀1反应的离子方程式为AlO2－＋CO2＋2H2O＝Al(OH)3↓+ HCO3－。

（2）向滤渣1加入H2SO4、H2O2混合溶液时，H2O2作氧化剂将Fe2+氧化为Fe3+,根据得失电子守恒写出反应的离子方程式为：2LiFePO4＋H2O2＋8H+＝2Li+＋2Fe3+＋2H3PO4＋2H2O。

（3）从加快化学反应速率角度考虑，a.加入H2O2溶液适当过量，有利于滤渣1的转化，a正确；b.适当提高硫酸溶液浓度并搅拌，b正确；c.用HNO3代替所加H2SO4和H2O2，会生成氮的氧化物，对环境有污染，c错误；因此本题答案为ab。

（4）Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)c3(OH-)=4.0×10-38，pH=3，c(H+)=10-3mol/L，则c(OH-)=10-11mol/L，此时溶液中c(Fe3+)= mol·L-1=4×10－5 mol·L-1。

（5）根据溶解度表知，Li2CO3的溶解度最小，故X可能是：Na2CO3。

（6）由溶解度表知，Li2CO3的溶解度在100℃时小于0℃，所以对沉淀3进行洗涤操作，应选择热水洗涤。

（7）由LiFePO4+ 6CLi1-xFePO4 +LixC6知放电自左向右，且放电时正极发生还原反应，所以放电时正极的电极反应式为Li1-xFePO4＋xe-＋xLi+＝LiFePO4。