Question

【題目】鋰離子電池的廣泛應(yīng)用使回收利用鋰資源成為重要課題。某研究性小組對廢舊鋰離子電池正極材料（LiMn2O4、碳粉等涂覆在鋁箔上）進行資源回收研究，設(shè)計實驗流程如下：

（1）第②步反應(yīng)得到的沉淀X的化學(xué)式為____________________。

（2）第③步反應(yīng)的離子方程式是___________________________。

（3）第④步反應(yīng)后，過濾Li2CO3所需的玻璃儀器有_____________________。若過濾時發(fā)現(xiàn)濾液中有少量渾濁，從實驗操作的角度給出兩種可能的原因：____________________、_______________________________________。

（4）若廢舊鋰離子電池正極材料含LiMn2O4的質(zhì)量為18.1g，第③步反應(yīng)中加入20.0mL3.0mol.的H2SO4溶液，假定正極材料中的鋰經(jīng)反應(yīng)③和④完全轉(zhuǎn)化為Li2CO3，則至少有________________gNa2CO3參加了反應(yīng)。

Answer 1

【答案】Al(OH)3 4LiMn2O4+ 4H++ O2= 8MnO2+ 4Li++2H2O 燒杯、漏斗、玻璃棒 玻璃棒下端靠在濾紙的單層處，導(dǎo)致濾紙破損 漏斗中液面高于漏斗邊緣（其它合理答案均可） 6.4或6.36

【解析】

正極材料包括LiMn2O4、碳粉、鋁箔，第一步就是鋁溶解在氫氧化鈉溶液中（注意LiMn2O4不溶于水）生成四羥基合鋁酸鈉，即濾液的主要成分，第二步就是四羥基合鋁酸鈉與二氧化碳反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉的過程，第三步是LiMn2O4在酸性環(huán)境下能被空氣中的氧氣氧化發(fā)生的氧化還原反應(yīng)，得到的濾液中有生成的硫酸鋰，可能有過量的硫酸，最后一步濾液加入碳酸鈉：2Li＋＋CO32－=Li2CO3↓，過濾可得到Li2CO3。據(jù)此分析解答。

（1）根據(jù)以上分析，四羥基合鋁酸鈉與過量二氧化碳反應(yīng)得產(chǎn)物是Al（OH）3沉淀和碳酸氫鈉，故答案為Al（OH）3；

（2）在酸性環(huán)境下，LiMn2O4能被空氣中的氧氣氧化，離子方程式為：4LiMn2O4+O2+4H+=4Li++8MnO2+2H2O，

故答案為4LiMn2O4+O2+4H+=4Li++8MnO2+2H2O；

（3）過濾所用玻璃儀器有：燒杯、漏斗、玻璃棒；過濾時發(fā)現(xiàn)濾液中有少量渾濁，原因可能有：濾紙破損、濾液超過濾紙邊緣等，

故答案為燒杯、漏斗、玻璃棒；玻璃棒下端靠在濾紙的單層處，導(dǎo)致濾紙破損；漏斗中液面高于漏斗邊緣；

（4）根據(jù)LiMn2O4～0.5H2SO4～Li+得18.1gLiMn2O4即0.1molLiMn2O4消耗硫酸的量為0.05mol，故硫酸有剩余，剩余的硫酸和生成的Li+共消耗碳酸鈉0.06mol，即6.36g，

故答案為6.36。