Question

【题目】锰酸锂离子蓄电池是第二代锂离子动力电池。一种以软锰矿浆主要成分为MnO2，含少量Al2O3、Fe2O3、Fe2O、SiO2等杂质为原料制备锰酸锂的流程如下图所示。

⑴溶浸过程中，为提高SO2吸收率，可采取的措施有________填字母。

a.不断搅拌，使SO2和软锰矿浆充分接触 b. 增大通入SO2的速率

c. 减小软锰矿浆的进入量 d. 减小通入SO2的速率

⑵已知：室温下，Ksp[Al(OH)3] =1×10-33，Ksp[Fe(OH)3] =1×10-39，pH =7.1时Mn(OH)2开始沉淀。氧化除杂(室温)是除去MnSO4溶液中的Fe3+、Al3+(使其浓度小于1×10-6 mol·L－1)，则需调节溶液pH的范围为________。

⑶硫酸锰与K2S2O8溶液在常温下混合一周，可慢慢得到球形二氧化锰(MnO2)。请写出发生反应的离子方程式：________。

⑷将MnO2和Li2CO3按物质的量4:1进行配料，充分搅拌，混合均匀然后升温至600～700℃，制取产品LiMn2O4。写出该反应的化学方程式：________。该反应中氧化剂为_______(填化学式)。

⑸锰酸锂可充电电池的总反应为Li1-xMn2O4 + LixCLiMn2O4 + C(0 < x < 1)。

①充电时，电池的阳极反应式为________。

②废旧锰酸锂电池中可能残留单质锂，拆解不当易着火、爆炸，为了安全，拆解的注意事项是________。

Answer 1

【答案】ad 5.0 < pH < 7.1 Mn2+ + S2O82－ +2 H2O = MnO2↓+4H+ + 2 SO42－ 8MnO2 +2 Li2CO34LiMn2O4 + 2CO2↑+ O2↑ MnO2 LiMn2O4－xe－ = Li1-xMn2O4 + xLi+ 拆解环境保持干燥，拆解下的锂隔绝空气保存

【解析】

⑴溶浸过程中可以采取的措施不断搅拌使SO2和软锰矿浆充分接触或减小通入SO2的流速；

⑵除杂时显然只能除去Fe3+、Al3+，不能损失Mn2+，pH应该小于Mn(OH)2开始沉淀时的pH值，大于Fe3+、Al3+完全变成沉淀时的pH值，根据溶度积算出Fe3+、Al3+完全变成沉淀时的pH值；

⑶由题意可知，反应物为硫酸锰与K2S2O8，生成物之一为MnO2，再根据化合价升降相等和原子守恒配平离子反应方程式；

⑷将MnO2和Li2CO3反应后只有Mn的价态降低，必然有元素的化合价升高，C元素处在最高价态，不能升高，则只能是O元素价态升高，所以还有O2生成。

⑸①放电时，先写出电池的正极发生还原反应，再写出充电时电池的阳极反应式；②废旧锰酸锂电池可能残留有单质锂，锂化学性质活泼，锂可与空气中的O2和H2O反应。

⑴溶浸过程中，为提高SO2吸收率可采取的措施：可以采取的措施不断搅拌，使SO2和软锰矿浆充分接触或减小通入SO2的流速；故选ad；

⑵除杂时显然只能除去Fe3+、Al3+，不能损失Mn2+。由题意可知，室温下，pH =7.1时Mn(OH)2开始沉淀，除去MnSO4溶液中的Fe3+、Al3+，Al3+完全变成沉淀时的pH：Ksp[Al(OH)3] =1×10-33 = c(Al3+)×c3(OH－)，c(Al3+)= 1×10-6 mol·L－1，解得c(OH－) =1×10-6 mol·L－1，c(H+)= 1×10-5 mol·L－1，pH = 5，同理Fe3+完全变成沉淀时，Ksp[Fe(OH)3] =1×10-39 = c(Fe3+)×c3(OH－)，c(OH－) =1×10-11 mol·L－1，c(H+)= 1×10-3 mol·L－1，pH = 3，故pH范围是5.0 < pH < 7.1，故答案为：5.0 < pH < 7.1；

⑶由题意可知，反应物为硫酸锰与K2S2O8，生成物之一为MnO2，再根据化合价升降相等和原子守恒配平，则发生反应的离子反应方程式为Mn2+ + S2O82－+2 H2O = MnO2↓+4H+ + 2 SO42－；故答案为：Mn2+ + S2O82－+2 H2O = MnO2↓+4H+ + 2 SO42－；

⑷将MnO2和Li2CO3反应后只有Mn的价态降低，必然有元素的化合价升高，C元素处在最高价态，不能升高，则只能是O元素价态升高，所以还有O2生成。该反应的方程式为：8MnO2 +2 Li2CO34LiMn2O4 + 2CO2↑+ O2↑；MnO2中Mn元素被还原，是氧化剂；故答案为：8MnO2 +2 Li2CO34LiMn2O4 + 2CO2↑+ O2↑；MnO2；

⑸①放电时，电池的正极发生还原反应，反应式为Li1-xMn2O4 + xLi+ + xe－ = LiMn2O4，充电时电池的阳极反应式为：LiMn2O4 －xe－ = Li1-xMn2O4 + xLi+；故答案为：LiMn2O4－xe－ = Li1-xMn2O4 + xLi+。

②废旧锰酸锂电池可能残留有单质锂，锂化学性质活泼，锂可与空气中的O2和H2O反应，对拆解的要求是：拆解环境保持干燥，拆解下的锂隔绝空气保存；故答案为：拆解环境保持干燥，拆解下的锂隔绝空气保存。