Question

【題目】錳酸鋰（LiMn2O4)是新型鋰離子電池常用的正極材料。工業(yè)上以軟錳礦漿為原料可制備錳酸鋰，同時(shí)制得副產(chǎn)品MnSO4·H2O晶體，其流程如圖所示。

已知：（1）軟錳礦漿的主要成分為MnO2，還含有Fe2O3，MgO、Al2O3，CaO，SiO2等雜質(zhì)。

（2）溫度高于27℃時(shí)，MnSO4晶體的溶解度隨溫度升高而逐漸降低。

（3）有關(guān)物質(zhì)的溶度積常數(shù)如下表：

（1）“浸出”過程中MnO2轉(zhuǎn)化為Mn2+的離子方程式為_____。該過程中，為提高軟錳礦中MnO2的浸出率，下列措施可行的有_____（填字母）。

A．不斷攪拌，使SO2和軟錳礦漿充分接觸

B．增大通入SO2的流速

C．適當(dāng)升溫

D．減少軟錳礦漿的進(jìn)入量

（2）第1步除雜中加入H2O2的目的是_____。

（3）第2步除雜，主要是將Ca2+，Mg2+轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的氟化物沉淀除去，其中MnF2除去Mg2+反應(yīng)的離子方程式為MnF2(s)+Mg2+(aq)=Mn2+(aq)+MgF2(s)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為_____。

（4）圖中的一系列操作指的是_____。

（5）將MnO2和Li2CO3按4：1的物質(zhì)的量之比配料，混合攪拌，然后高溫煅燒600~750℃，制取產(chǎn)品LiMn2O4。寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：_____。

Answer 1

【答案】MnO2+ SO2= SO42-+ Mn2+ AC 將Fe2+氧化為Fe3+ 7.2×107 蒸發(fā)濃縮、趁熱過濾 8MnO2+2Li2CO34LiMn2O4+2CO2↑+O2↑

【解析】

(1) MnO2與SO2發(fā)生氧化還原反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為Mn2+；MnO2的浸出率根據(jù)反應(yīng)情況分析；

(2) H2O2 具有氧化性，結(jié)合題干分析；

(3) MnF2除去Mg2+的離子反應(yīng)方程式是MnF2+ Mg2+Mn2++ MgF2，該反應(yīng)的平衡常數(shù)數(shù)值為；

(4) MnSO4晶體的溶解度隨溫度升高而逐漸降低，要注意條件；

(5) MnO2與Li2CO3在一定溫度下發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生LiMn2O4、CO2、O2，據(jù)此分析解答。

(1)“浸出”過程中MnO2與SO2發(fā)生氧化還原反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為Mn2+的離子方程式為MnO2+ SO2= SO42-+ Mn2+； MnO2的浸出率：A．不斷攪拌，使SO2和軟錳礦漿充分接觸，這樣SO2就會更多轉(zhuǎn)化為SO42-，A項(xiàng)正確；

B．增大通入SO2的流速，可能會導(dǎo)致部分SO2未來得及反應(yīng)就逸出，物質(zhì)的產(chǎn)率降低，B項(xiàng)錯(cuò)誤；

C．溫度升高，可以提升反應(yīng)效率，C項(xiàng)正確；

D．減少軟錳礦漿的進(jìn)入量，SO2可能不能及時(shí)參加反應(yīng)，導(dǎo)致回收率降低，D項(xiàng)錯(cuò)誤；故合理選項(xiàng)是AC，故答案為MnO2+ SO2= SO42-+ Mn2+；AC；

(2)第1步除雜中加入H2O2的目的是將溶液中的Fe2+氧化為Fe3+，以便于形成Fe(OH)3沉淀，過濾將沉淀除去，故答案為：將Fe2+氧化為Fe3+；

(3)MnF2除去Mg2+的離子反應(yīng)方程式是MnF2+ Mg2+Mn2++ MgF2，該反應(yīng)的平衡常數(shù)數(shù)值為，故答案為：7.2×107；

(4)溶液到晶體，同時(shí)MnSO4·H2O在水中的溶解度隨溫度的升高而減小，采用蒸發(fā)濃縮、趁熱過濾操作，故答案為：蒸發(fā)濃縮、趁熱過濾；

(5) MnO2和Li2CO3反應(yīng)后只有Mn的價(jià)態(tài)降低，必然有元素的化合價(jià)升高，C元素處在最高價(jià)態(tài)，不能升高，則只能是O元素價(jià)態(tài)升高，所以還有O2生成。根據(jù)電子守恒、原子守恒，可得該反應(yīng)的方程式為：8MnO2+2Li2CO34LiMn2O4+2CO2↑+O2↑，故答案為：8MnO2+2Li2CO34LiMn2O4+2CO2↑+O2↑。