Question

【题目】LiNiO2是一种前景很好的锂离子电池正极材料。当温度高于850°C时，LiNiO2会分解。请按要求回答下列问题：

(1)LiNiO2中Ni的化合价为___________，工业上用Ni(OH)2与LiOH的混合物在空气流中加热到700~800°C制得 LiNiO2，该反应的化学方程式为___________，加热温度不宜过高的原因是_________，工业上也可用LiNO3代替上述工艺中的LiOH，存在的缺点可能是_______。

(2)以废旧二次电池为原料回收利用合成Ni(OH)2的工艺如下：

已知：酸浸后滤液中含有Ni2+、Al3+、Fe3+、Mn2+；

Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10－38，Ksp[Al(OH)3]=1.0×10－33，Ksp[Ni(OH)2]=1.6×10－14；

①滤渣Ⅱ为___________。

②“氧化除锰”是将锰元素最终转化为MnO2而除去，反应历程如下：

i．5S2O82－+2Mn2++8H2O=2MnO4－+10SO42－+16H+；

ii．______________________(用离子方程式表示)。

③转化操作后，还需经过过滤、洗涤、烘干得到产品。检验Ni(OH)2是否洗涤干净的实验操作是___________。

④调pH=5操作时，已知溶液中Ni2+浓度为2.0mol/L，则“滤渣II”中是否存在Ni(OH)2沉淀?___________(列式计算，并使用必要的文字说明)。

Answer 1

【答案】+3 4Ni(OH)2+4LiOH+O24LiNiO2+6H2O 防止温度高于850℃时LiNiO2分解 产生氮氧化物，污染环境 Al(OH)3、Fe(OH)3 2MnO4-+3Mn2++2H2O=5MnO2↓+4H+ 取最后一次洗涤液，先加盐酸酸化，再滴加BaCl2溶液，若无白色沉淀产生，则洗涤干净 pH=5，滤液中c(OH-)=10-9mol/L，Qc=c2(OH-)·c(Ni2+)=2×10-18<Ksp[Ni(OH)2]=1.6×10-14，故无Ni(OH)2沉淀产生。

【解析】

(1)根据化合物中元素正负化合价代数和等于0判断Ni的化合价；根据反应物、生成物结合电子守恒、原子守恒，书写反应方程式；从温度过高，物质的稳定性分析，结合LiNO3高温分解产生氮氧化合物的毒性判断；

(2)废旧二次电池用硫酸溶解得到的溶液中含有Ni2+、Al3+、Fe3+、Mn2+，然后向溶液中加入NiO，调整溶液的pH=5，由于Fe(OH)3、Al(OH)3的溶度积常数小，这时溶液中含有Al3+、Fe3+形成Al(OH)3、Fe(OH)3沉淀进入滤渣II中，然后载向滤液中加入(NH4)2S2O8氧化溶液中Mn2+变为MnO2进入滤渣III中，再向溶液中加入NaOH溶液，Ni2+形成Ni(OH)2沉淀。据此分析解答。

(1)由于化合物中所有元素正负化合价的代数和等于0，Li为+1价，O为-2价，所以LiNiO2中Ni的化合价为+3价；在工业上用Ni(OH)2与LiOH的混合物在空气流中加热到700~800°C制得 LiNiO2，该反应的化学方程式为4Ni(OH)2+4LiOH+O24LiNiO2+6H2O，加热温度不宜过高，是因为温度高于850℃时LiNiO2会发生分解反应，工业上也可用LiNO3代替上述工艺中的LiOH，但也存在一定缺点，原因是LiNO3受热分解会产生氮氧化物，导致污染环境；

(2)①根据上述分析可知滤渣II中含有的成分是Al(OH)3、Fe(OH)3；

②“氧化除锰”是将锰元素最终转化为MnO2而除去，反应历程如下：

第一步反应是5S2O82-+2Mn2++8H2O=2MnO4-+10SO42-+16H+；反应产生的MnO4-再将溶液中的Mn2+氧化，最终都变为MnO2，所以第二步反应用离子方程式表示为2MnO4-+3Mn2++2H2O=5MnO2↓+4H+；

③Ni(OH)2沉淀是从含Na+、SO42-等的溶液中过滤出来的，因此检验Ni(OH)2是否洗涤干净可通过检验洗涤液中是否含有SO42-检验，实验操作是取最后一次洗涤液，先加盐酸酸化，再滴加BaCl2溶液，若无白色沉淀产生，则洗涤干净；

④调pH=5操作时，c(OH-)===10-9mol/L，已知溶液中Ni2+浓度为2.0mol/L，则c(Ni2+) c2(OH-) =2.0 ×(10-9)2=2.0 ×10-18< Ksp[Ni(OH)2]=1.6×10-14，所以 “滤渣II”中不存在Ni(OH)2沉淀。