Question

【题目】2019年诺贝尔化学奖授予约翰·古迪纳夫、斯坦利·威廷汉和吉野彰，表彰他们对锂离子电池研究的贡献。磷酸亚铁锂（LiFePO4）电池是新能源汽车的动力电池之一。采用湿法冶金工艺回收废旧磷酸亚铁锂电池正极片（除LiFePO4外，还含有Al箔、少量不溶于酸碱的导电剂）中的资源，部分流程如图：

已知：KSP ( Li2CO3)=2.0×10-3 。部分物质的溶解度（S）如下表所示：

T℃	S(Li2CO3)/g	S(Li2SO4)/g	S(Li3PO4)/g
20	1.33	34.2	0.039
80	0.85	30.5	——
100	0.72	——

（1） 流程中用“热水洗涤”的原因是____________。

（2）写出碱溶时Al箔溶解的化学方程式 ___________。

（3）酸浸时，用H2O2代替HNO3更好，其优点是________。

（4）磷酸亚铁锂电池在工作时，正极发生LiFePO4和FePO4的转化，该电池放电时正极的电极反应式为____。

（5）若滤液②中c(Li+)=4mol/L，加入等体积的Na2CO3溶液后，Li+的沉降率达到90%，计算滤液③中c(CO32-)=____mol/L

Answer 1

【答案】Li2CO3的溶解度随温度升高而減小，热水洗涤可減少Li2CO3的溶解 2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑ 不产生污染环境的气体 FePO4+Li++e-= LiFePO4 0.05

【解析】

(1)由题给表格数据可知，温度升高，Li2CO3的溶解度減小，所以热水洗涤可減少Li2CO3的溶解而提高产率。

(2)碱溶时，Al箔与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和氢气。

(3)酸浸时，LiFePO4与混酸反应生成硫酸锂、硫酸铁、磷酸、一氧化氮和水，若用H2O2代替HNO3，不会产生污染环境的NO气体。

(4) 正极发生LiFePO4和FePO4的转化，则应为FePO4的转化为LiFePO4。

(5)当滤液②中c(Li+)=4mol·L－1，加入等体积的Na2CO3后，c(Li+)=2mol·L－1，若Li+的沉降率达到90%，反应生成Li2CO3后溶液中c(Li+)=2mol·L－1×0.1=0.2 mol·L－1，由碳酸锂溶度积Ksp(Li2CO3)=c2(Li+)c(CO32—)=2.0×10-3，可得c(CO32－)=。

(1)由题给表格数据可知，Li2CO3的溶解度随温度升高而減小，热水洗涤可減少Li2CO3的溶解而提高产率。答案为：Li2CO3的溶解度随温度升高而減小，热水洗涤可減少Li2CO3的溶解；

(2)碱溶时，Al箔与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和氢气，反应的离子方程式为2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑。答案为：2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑；

(3)酸浸时，LiFePO4与混酸反应生成硫酸锂、硫酸铁、磷酸、一氧化氮和水，反应的化学方程式为6LiFePO4+12H2SO4+2HNO3=3Li2SO4+3Fe2(SO4)3+6H3PO4+2NO↑+4H2O，若用H2O2代替HNO3，则不会产生污染环境的NO气体，从而保护了环境。答案为：不产生污染环境的气体；

(4) 正极发生LiFePO4和FePO4的转化，则应为FePO4的转化为LiFePO4，该电池放电时正极的电极反应式为FePO4+Li++e-= LiFePO4。答案为：FePO4+Li++e-= LiFePO4；

(5)当滤液②中c(Li+)=4mol·L－1，加入等体积的Na2CO3后因为溶液的稀释使得c(Li+)=2mol·L－1，若Li+的沉降率达到90%，反应生成Li2CO3后溶液中c(Li+)=2mol·L－1×0.1=0.2 mol·L－1，由碳酸锂溶度积Ksp(Li2CO3)=c2(Li+)c(CO32—)=2.0×10-3，可得c(CO32－)==0.05 mol·L－1，故答案为：0.05。