Question

【题目】实验室回收利用废旧锂离子电池正极材料锰酸锂LiMn2O4)的一种流程如下：

(1)废旧电池可能残留有单质锂，拆解不当易爆炸、着火，为了安全，对拆解环境的要求是_______________________________________________________。

(2)“酸浸”时采用HNO3和H2O2的混合液体，可将难溶的LiMn2O4转化为 Mn ( NO3)2、LiNO3等产物。请写出该反应离子方程式：_________________________________。

如果采用盐酸溶解，从反应产物的角度分析，以盐酸代替HNO3和H2O2混合物的缺点是___________。

(3)“过滤2”时，洗涤Li2CO3沉淀的操作是_________________________________。

(4)把分析纯碳酸锂与二氧化锰两种粉末，按物质的量1：4混合均匀加热可重新生成 LiMn2O4，升温到515℃时，开始有CO2产生，同时生成固体A，比预计碳酸锂的分解温度(723℃)低很多，可能的原因是______________________。

(5)制备高纯MnCO3固体：已知MnCO3难溶于水、乙醇，潮湿时易被空气氧化，100℃开始分解；Mn(OH)2开始沉淀的pH=7.7。请补充由上述过程中，制得的Mn(OH)2制备高纯MnCO3的操作步骤[实验中可选用的试剂：H2SO4、Na2CO3、C2H5OH]：向Mn(OH)2中边搅拌边加入______________________。

(6)味精厂、化肥厂、垃圾渗滤液等排放的废水中往往含有高浓度的氨氮，若不经处理直接排放会对水体造成严重的污染。电化学氧化法：电化学去除氨氮主要是氯气和次氯酸的间接氧化作用。对某养猪场废水进行电化学氧化处理，选用IrO2-TiO2/Ti电极作为阳极，阴极采用网状钛板，加入一定量的NaCl，调节溶液的pH，在电流密度为85mA·cm－2下电解，180min内去除率达到98.22%。阳极发生的电极反应式是______________________；HClO氧化除去氨氮的反应离子方程式是_________________________________。

Answer 1

【答案】隔绝空气和水分 2LiMn2O4＋10H＋＋3H2O2===2Li＋＋4Mn2＋＋3O2↑＋8H2O 反应生成Cl2，污染环境 沿着玻璃棒向过滤器中加入蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流出，重复操作2～3次 MnO2作为催化剂，降低了碳酸锂的分解温度 H2SO4溶液，固体溶解，加入 Na2CO3，并控制溶液 pH＜7.7，过滤，用少量的乙醇洗涤，在低于100 ℃条件下真空干燥 2Cl-－2e-＝C12↑ 2NH4++3HClO=N2+3H2O+5H++3Cl-

【解析】

(1)金属锂是碱金属，极易与氧气和水反应，所以废旧电池拆解时，应该注意隔绝空气和水分；

故答案为：隔绝空气和水分；

(2)根据已知条件推断可知，LiMn2O4与HNO3和H2O2反应生成Mn ( NO3)2、LiNO3，离子方程式为：2LiMn2O4＋10H＋＋3H2O2===2Li＋＋4Mn2＋＋3O2↑＋8H2O，如果采用盐酸溶解LiMn2O4，反应过程中会产生Cl2，造成环境污染；

故答案为：2LiMn2O4＋10H＋＋3H2O2===2Li＋＋4Mn2＋＋3O2↑＋8H2O；反应生成Cl2，污染环境；

(3) Li2CO3沉淀生成时，会有Na2CO3残留，所以过滤2过程中需要进行洗涤过滤，操作为：沿着玻璃棒向过滤器中加入蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流出，重复操作2～3次；

故答案为：沿着玻璃棒向过滤器中加入蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流出，重复操作2～3次；

(4) 升温到515℃时，开始有CO2产生，同时生成固体A，由于二氧化锰是催化剂，加快了碳酸锂分解速率，达到碳酸锂分解的时间减少，所以比预计碳酸锂的分解温度（723℃）低很多；

故答案为：MnO2作为催化剂，降低了碳酸锂的分解温度；

(5)①若pH≥7.7，会生成Mn(OH)2沉淀，所制得的MnCO3不纯，所以在加入NaHCO3(或Na2CO3)过程中，要向Mn(OH)2中边搅拌边加入硫酸溶液控制溶液的pH<7.7；②充分反应后，得到MnCO3沉淀，过滤，并用少量水洗涤沉淀2～3次，洗涤的目的是除去附着在沉淀表面的SO42-；③用水洗法洗涤沉淀不一定能将附着在沉淀表面的离子洗干净，故需要检验SO42-是否除尽；④由题已知条件可知，潮湿的MnCO3易被空气氧化，所以在SO42-被除去之后，用少量乙醇再次洗涤，乙醇沸点低，易挥发，易带走MnCO3沉淀表面的水分，可有效防止MnCO3被氧化；⑤当温度高于100 ℃时，MnCO3开始分解，所以在干燥MnCO3过程中，须在隔绝空气的条件下，将温度控制在100 ℃以下；

故答案为：H2SO4溶液，固体溶解，加入 Na2CO3，并控制溶液 pH＜7.7，过滤，用少量的乙醇洗涤，在低于100 ℃条件下真空干燥；

(6) ①电解时，根据放电顺序，阳极是氯离子先失去电子，电极反应式是：2Cl--2e-=C12↑，HClO氧化除去氨氮反应的产物要对环境污染小，所以次氯酸与铵根反应生成氮气和氢离子，离子方程式是：2NH4++3HClO=N2+3H2O+5H++3Cl-；

故答案为：2Cl--2e-=C12↑；2NH4++3HClO=N2+3H2O+5H++3Cl-。