Question

【題目】錳酸鋰離子蓄電池是第二代鋰離子動力電池。一種以軟錳礦漿主要成分為MnO2，含少量Al2O3、Fe2O3、Fe2O、SiO2等雜質為原料制備錳酸鋰的流程如下圖所示。

⑴溶浸過程中，為提高SO2吸收率，可采取的措施有________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的速率

c. 減小軟錳礦漿的進入量 d. 減小通入SO2的速率

⑵已知：室溫下，Ksp[Al(OH)3] =1×10-33，Ksp[Fe(OH)3] =1×10-39，pH =7.1時Mn(OH)2開始沉淀。氧化除雜(室溫)是除去MnSO4溶液中的Fe3+、Al3+(使其濃度小于1×10-6 mol·L－1)，則需調節(jié)溶液pH的范圍為________。

⑶硫酸錳與K2S2O8溶液在常溫下混合一周，可慢慢得到球形二氧化錳(MnO2)。請寫出發(fā)生反應的離子方程式：________。

⑷將MnO2和Li2CO3按物質的量4:1進行配料，充分攪拌，混合均勻然后升溫至600～700℃，制取產品LiMn2O4。寫出該反應的化學方程式：________。該反應中氧化劑為_______(填化學式)。

⑸錳酸鋰可充電電池的總反應為Li1-xMn2O4 + LixCLiMn2O4 + C(0 < x < 1)。

①充電時，電池的陽極反應式為________。

②廢舊錳酸鋰電池中可能殘留單質鋰，拆解不當易著火、爆炸，為了安全，拆解的注意事項是________。

Answer 1

【答案】ad 5.0 < pH < 7.1 Mn2+ + S2O82－ +2 H2O = MnO2↓+4H+ + 2 SO42－ 8MnO2 +2 Li2CO34LiMn2O4 + 2CO2↑+ O2↑ MnO2 LiMn2O4－xe－ = Li1-xMn2O4 + xLi+ 拆解環(huán)境保持干燥，拆解下的鋰隔絕空氣保存

【解析】

⑴溶浸過程中可以采取的措施不斷攪拌使SO2和軟錳礦漿充分接觸或減小通入SO2的流速；

⑵除雜時顯然只能除去Fe3+、Al3+，不能損失Mn2+，pH應該小于Mn(OH)2開始沉淀時的pH值，大于Fe3+、Al3+完全變成沉淀時的pH值，根據溶度積算出Fe3+、Al3+完全變成沉淀時的pH值；

⑶由題意可知，反應物為硫酸錳與K2S2O8，生成物之一為MnO2，再根據化合價升降相等和原子守恒配平離子反應方程式；

⑷將MnO2和Li2CO3反應后只有Mn的價態(tài)降低，必然有元素的化合價升高，C元素處在最高價態(tài)，不能升高，則只能是O元素價態(tài)升高，所以還有O2生成。

⑸①放電時，先寫出電池的正極發(fā)生還原反應，再寫出充電時電池的陽極反應式；②廢舊錳酸鋰電池可能殘留有單質鋰，鋰化學性質活潑，鋰可與空氣中的O2和H2O反應。

⑴溶浸過程中，為提高SO2吸收率可采取的措施：可以采取的措施不斷攪拌，使SO2和軟錳礦漿充分接觸或減小通入SO2的流速；故選ad；

⑵除雜時顯然只能除去Fe3+、Al3+，不能損失Mn2+。由題意可知，室溫下，pH =7.1時Mn(OH)2開始沉淀，除去MnSO4溶液中的Fe3+、Al3+，Al3+完全變成沉淀時的pH：Ksp[Al(OH)3] =1×10-33 = c(Al3+)×c3(OH－)，c(Al3+)= 1×10-6 mol·L－1，解得c(OH－) =1×10-6 mol·L－1，c(H+)= 1×10-5 mol·L－1，pH = 5，同理Fe3+完全變成沉淀時，Ksp[Fe(OH)3] =1×10-39 = c(Fe3+)×c3(OH－)，c(OH－) =1×10-11 mol·L－1，c(H+)= 1×10-3 mol·L－1，pH = 3，故pH范圍是5.0 < pH < 7.1，故答案為：5.0 < pH < 7.1；

⑶由題意可知，反應物為硫酸錳與K2S2O8，生成物之一為MnO2，再根據化合價升降相等和原子守恒配平，則發(fā)生反應的離子反應方程式為Mn2+ + S2O82－+2 H2O = MnO2↓+4H+ + 2 SO42－；故答案為：Mn2+ + S2O82－+2 H2O = MnO2↓+4H+ + 2 SO42－；

⑷將MnO2和Li2CO3反應后只有Mn的價態(tài)降低，必然有元素的化合價升高，C元素處在最高價態(tài)，不能升高，則只能是O元素價態(tài)升高，所以還有O2生成。該反應的方程式為：8MnO2 +2 Li2CO34LiMn2O4 + 2CO2↑+ O2↑；MnO2中Mn元素被還原，是氧化劑；故答案為：8MnO2 +2 Li2CO34LiMn2O4 + 2CO2↑+ O2↑；MnO2；

⑸①放電時，電池的正極發(fā)生還原反應，反應式為Li1-xMn2O4 + xLi+ + xe－ = LiMn2O4，充電時電池的陽極反應式為：LiMn2O4 －xe－ = Li1-xMn2O4 + xLi+；故答案為：LiMn2O4－xe－ = Li1-xMn2O4 + xLi+。

②廢舊錳酸鋰電池可能殘留有單質鋰，鋰化學性質活潑，鋰可與空氣中的O2和H2O反應，對拆解的要求是：拆解環(huán)境保持干燥，拆解下的鋰隔絕空氣保存；故答案為：拆解環(huán)境保持干燥，拆解下的鋰隔絕空氣保存。