Question

（2010?安徽）锂离子电池的广泛应用使回收利用锂货源成为重要课题：某研究性学习小组对废旧锂离子电池正极材料（LiMn₂O₄、碳粉等涂覆在铝箔上）进行资源回收研究，设计实验流程如下 
（1）第②步反应得到的沉淀X的化学式为

Al（OH）₃

．
（2）第③步反应的离子方程式是

4LiMn₂O₄+O₂+4H⁺=4Li⁺+8MnO₂+2H₂O

．
（3）第④步反应后，过滤Li₂CO₃所需的玻璃仪器有

漏斗、玻璃棒、烧杯

．若过滤时发现滤液中有少量浑浊，从实验操作的角度给出两种可能的原因：

滤纸破损

、

滤液超过滤纸边缘

．
（4）若废旧锂离子电池正极材料含LiNB₂O₄的质量为18.1g第③步反应中加入20.0mL3.0mol?L^-1的H₂SO₄溶液．定正极材料中的锂经反应③和④完全为Li₂CO₃，剩至少有

5.3g

Na₂CO₃参加了反应．

Answer 1

分析：（1）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；
（2）LiMn₂O₄在酸性环境下能被空气中的氧气氧化；
（3）根据过滤实验所需要的仪器和实验的结果出现误差的处理办法来分析；
（4）计算第③步反应中加入20.0mL3.0mol?L^-1的H₂SO₄溶液的量是否过量和过量的硫酸以及生成的Li⁺消耗的碳酸钠的量．

解答：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）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；
（2）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；
（3）过滤所用玻璃仪器有：漏斗、玻璃棒、烧杯；过滤时发现滤液中有少量浑浊，原因可能有：滤纸破损、滤液超过滤纸边缘等，故答案为：漏斗、玻璃棒、烧杯；滤纸破损、滤液超过滤纸边缘
（4）根据LiMn₂O₄～0.5H₂SO₄～Li⁺得18.1gLiMn₂O₄即0.1molLiMn₂O₄消耗硫酸的量为0.05mol，故硫酸有剩余，剩余的硫酸和生成的Li⁺共消耗碳酸钠0.05mol，即5.3g，故答案为：5.3g．

点评：本题是一道试验和基础知识相结合的综合题，难度较大．