Question

2．锰酸锂（LiMn₂O₄）可作为锂离子电池的正极材料．工业上利用软锰矿浆吸收含硫烟气（SO₂ 和O₂）制备锰酸锂，生产流程如图1：

已知：①软锰矿主要成分为MnO₂，含少量Fe₂O₃、FeO、Al₂O₃、SiO₂等杂质．
②软锰矿浆在吸收含硫烟气的过程中酸性逐渐增强．
③部分氢氧化物沉淀相关的溶液pH如表一：

沉淀物	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Al（OH）3	Mn（OH）2
开始沉淀	2.7	7.6	3.4	7.7
完全沉淀	3.7	9.6	4.7	9.8

（1）已知：（图2）表二
表二

实验序号	SO2浓度（g•m-3）	烟气流速（mL•min-1）
①	4.1	55
②	4.1	96

下列措施可提高SO₂吸收率的是ad（填序号）
a．降低通入含硫烟气的温度   b．升高通入含硫烟气的温度
c．减少软锰矿浆的进入量     d．减小通入含硫烟气的流速
（2）加入试剂X能提高产品纯度，则X可以是H₂O₂（填化学式）
（3）加氨水调溶液pH在5～6之间，目的是除去铁、铝元素．
（4）锰酸锂可充电电池（图3）的总反应式为：Li_1-xMnO₄+Li_xC$?_{放电}^{充电}$ LiMnO₄+C（x＜1）
①放电时，电池的正极反应式为Li_1-xMnO₄+xLi⁺+xe^-=LiMn₂O₄
②充电时，若转移1mole^-，则石墨电极将增重7g．

Answer 1

分析 高温焙烧含硫废渣产生的SO₂废气，软锰矿浆的主要成分是MnO₂，通入SO₂浸出液的pH＜2，其中的金属离子主要是Mn²⁺，则MnO₂与SO₂发生氧化还原反应，浸出液还含有少量的Fe²⁺、Al³⁺等其他金属离子，Fe²⁺具有还原性，可以被MnO₂在酸性条件下氧化成Fe³⁺，在氧化后的液体中加入石灰浆，杂质中含有Fe²⁺、Al³⁺等阳离子，由沉淀的pH范围知，Fe²⁺的沉淀与Mn²⁺离子的沉淀所需的pH接近，而Fe³⁺则相差很远，故可以将Fe²⁺氧化成Fe³⁺而除杂．从吸附率的图可以看出，SO₂的吸收效率随温度的升高而降低，当温度和浓度相同时，SO₂的吸收效率随烟气流速的增大而降低．调节pH值在5～6间，Fe³⁺、Al³⁺阳离子通过调pH值，转化为氢氧化铁、氢氧化铝沉淀，过滤，滤渣主要有氢氧化铁、氢氧化铝．由于制取的MnSO₄•H₂O含有结晶水，故操作a采用蒸发浓缩结晶的方法，得到MnSO₄•H₂O，
（1）由图2知，SO₂的吸收效率随温度的升高而降低，当温度和浓度相同时，SO₂的吸收效率随烟气流速的增大而降低；
（2）由沉淀的pH范围知，Fe²⁺的沉淀与Mn²⁺离子的沉淀所需的pH接近，而Fe³⁺则相差很远，故可以将Fe²⁺氧化成Fe³⁺而除杂．将亚铁离子氧化成铁离子，故应选择绿色氧化剂；
（3）在氧化后的液体中加入石灰浆，杂质中含有Fe²⁺、Al³⁺等阳离子，由沉淀的pH范围知，Fe²⁺的沉淀与Mn²⁺离子的沉淀所需的pH接近，而Fe³⁺则相差很远，故可以将Fe²⁺氧化成Fe³⁺而除杂．加氨水调节pH值在5～6间，Fe³⁺、Al³⁺阳离子通过调pH值，转化为氢氧化铁、氢氧化铝沉淀．
（4）①放电时的反应为Li_1-xMnO₄+Li_xC=LiMnO₄+C，化合物中Li元素的化合价降低，单质Li中元素的化合价升高，结合原电池中负极发生氧化反应，正极发生还原反应；
②充电时，若转移1mole^-，则石墨电极上产生1molLi；

解答 解：（1）a．降低通入含硫烟气的温度，可提高SO₂吸收率．a正确；
b．升高通入含硫烟气的温度，不能提高SO₂吸收率．b错误；
c．减少软锰矿浆的进入量，不能提高SO₂吸收率．c错误；
d．减小通入含硫烟气的流速，可提高SO₂吸收率．d正确．
故答案为：ad；
（2）将亚铁离子氧化成铁离子，应选择H₂O₂，
故答案为：H₂O₂；
（3）加氨水调溶液pH在5～6之间，使Fe³⁺、Al³⁺阳离子转化为氢氧化铁、氢氧化铝沉淀而除去，
故答案为：除去铁、铝元素；
（4）①根据总反应式可知Li失去电子，电池负极反应式为：xLi-xe^-═xLi⁺，由总反应式减去负极反应式可得放电时的正极反应式为Li_1-xMnO₄+xLi⁺+xe^-═LiMnO₄，
故答案为：Li_1-xMnO₄+xLi⁺+xe^-═LiMnO₄；
②充电时，若转移1mole^-，则石墨电极上产生1molLi，质量为1mol×7g/mol=7g，
故答案为：7．

点评 本题考查了物质生产流程的分析判断，流程分析，为高频考点，侧重学生的分析、实验能力的考查，把握物质性质的应用是解题关键，答题时注意把握题给信息，难度中等．