Question

2006年世界鋰離子電池總產(chǎn)量超過25億只，鋰電池消耗量巨大，對不可再生的金屬資源的消耗是相當大的，回收利用鋰資源成為重要課題．某研究小組對某廢舊鋰離子電池正極材料（圖中簡稱廢料，成份為LiMn₂O₄、石墨粉和鋁箔）進行回收研究，工藝流程如下：
已知：Li₂SO₄、LiOH和Li₂CO₃在303K下的溶解度分別為34.2g、12.7g和1.3g．

（1）廢料在用NaOH溶液浸取之前需要進行粉碎操作，其目的是______．
（2）廢舊電池可能由于放電不完全而殘留有鋰單質(zhì)，為了安全對拆解環(huán)境的要求______．
（3）寫出反應④生成沉淀X的離子方程式：______．
（4）己知LiMn₂O₄中Mn的化合價為+3和+4價，寫出反應②的化學反應方程式：______．
（5）生成Li₂CO₃的化學反應方程式為______．已知Li₂CO₃在水中的溶解度隨著溫度升高而減小，最后一步過濾時應______．

Answer 1

解：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，得到的濾液中有生成的硫酸鋰，可能有過量的硫酸，最后一步加入碳酸鈉之后所得的濾液主要成分為硫酸鈉；
（1）粉碎廢料，能增大廢料與氫氧化鈉溶液的接觸面積，加快反應速率，故答案為：增大接觸面積，加快反應速率．
（2）金屬鋰性質(zhì)活潑，易與氧氣、水發(fā)生反應，故答案為：隔絕空氣和水分；
（3）四羥基合鋁酸鈉與過量二氧化碳反應得產(chǎn)物是Al（OH）₃沉淀和碳酸氫鈉，所以離子方程式為CO₂+AlO₂^-+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，
故答案為：CO₂+AlO₂^-+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．
（4）在酸性環(huán)境下，LiMn₂O₄能被空氣中的氧氣氧化，生成二氧化錳、硫酸鋰和水，所以化學方程式為：4LiMn₂O₄+2H₂SO₄+O₂=8MnO₂+2Li₂SO₄+2H₂O，
故答案為：4LiMn₂O₄+2H₂SO₄+O₂=8MnO₂+2Li₂SO₄+2H₂O；
（5）硫酸鋰和碳酸鈉反應生成硫酸鈉和碳酸鋰沉淀，化學反應方程式為：Li₂SO₄+Na₂CO₃=Na₂SO₄+Li₂CO₃↓；Li₂CO₃在水中的溶解度隨著溫度升高而減小，最后一步過濾時應趁熱過濾，
故答案為：Li₂SO₄+Na₂CO₃=Na₂SO₄+Li₂CO₃↓；趁熱過濾．
分析：（1）根據(jù)外界條件對化學反應速率的影響分析；
（2）從金屬鋰的化學性質(zhì)分析，鋰為活潑金屬；
（3）四羥基合鋁酸鈉與二氧化碳反應產(chǎn)生氫氧化鋁和碳酸氫鈉，注意生成的碳酸氫鈉不是碳酸鈉；
（4）LiMn₂O₄在酸性環(huán)境下能被空氣中的氧氣氧化；
（5）硫酸鋰和碳酸鈉反應生成硫酸鈉和碳酸鋰沉淀，Li₂CO₃在水中的溶解度隨著溫度升高而減小，最后一步過濾時應趁熱過濾．
點評：本題考查了金屬資源的回收和利用，難度較大，會運用基礎知識分析信息給予題．