Question

11．鋰離子電池的廣泛應用使得鋰電池的回收利用一直是科學家關(guān)注的焦點．磷酸鐵鋰則是鋰電池中最有前景的正極材料，磷酸鐵是其前驅(qū)體，充放電時可以實現(xiàn)相互轉(zhuǎn)化．某研究性小組對廢舊鋰離子電池正極材料（圖中簡稱廢料，成份為LiFePO₄、碳粉和鋁箔）進行金屬資源回收研究，設(shè)計實驗流程如圖1：
已知：①FePO₄可溶于稀H₂SO₄，不溶于水和其他的酸．
②Li₂SO₄、LiOH和Li₂CO₃在273K下的溶解度分別為34.2g、22.7g和1.54g373K下，Li₂CO₃的溶解度為
0.72g
③Ksp[Al（OH）₃]=10^-32Ksp[Fe（OH）₃]=4×10^-38
（1）可以提高操作1浸出率的方法有（寫出3種）升溫，攪拌，增大濃度，增加時間等
（2）完成操作3中的離子方程式：2LiFePO₄+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2Li⁺+2PO₄^3-+2H₂O
（3）該鋰電池充電時的正極反應式：LiFePO₄ -e^-=FePO₄+Li⁺
（4）操作4中應選擇試劑NaOH將溶液調(diào)節(jié)pH值至大于3.2．
（5）沉淀C的成分Li₂CO₃
（6）磷酸鐵也可以通過電解法制備，如右圖2，請完成制備過程的總反應離子方程式：Fe²⁺+H₂O₂+2PO₄^3-=2FePO₄+H₂O

Answer 1

分析 鋰離子電池正極材料（成份為LiFePO₄、碳粉和鋁箔）氫氧化鈉溶液溶解，過濾得濾渣A中含有LiFePO₄、碳粉，濾液A中含有四羥基合鋁酸鈉，濾液A中通入二氧化碳得沉淀A為氫氧化鋁，氫氧化鋁經(jīng)過灼燒分解、電解可得鋁，濾渣A中加入雙氧水、硫酸，過濾得濾渣B為碳粉，濾液B的主要成分為Fe³⁺、Li⁺、PO₄^3-，調(diào)節(jié)濾液B的PH值，過濾，可得沉淀B為氫氧化鐵，濾液C中含有Li⁺、PO₄^3-，濾液C中加入碳酸鈉可得沉淀C為Li₂CO₃，據(jù)此答題．

解答 解：鋰離子電池正極材料（成份為LiFePO₄、碳粉和鋁箔）氫氧化鈉溶液溶解，過濾得濾渣A中含有LiFePO₄、碳粉，濾液A中含有四羥基合鋁酸鈉，濾液A中通入二氧化碳得沉淀A為氫氧化鋁，氫氧化鋁經(jīng)過灼燒分解、電解可得鋁，濾渣A中加入雙氧水、硫酸，過濾得濾渣B為碳粉，濾液B的主要成分為Fe³⁺、Li⁺、PO₄^3-，調(diào)節(jié)濾液B的PH值，過濾，可得沉淀B為氫氧化鐵，濾液C中含有Li⁺、PO₄^3-，濾液C中加入碳酸鈉可得沉淀C為Li₂CO₃，
（1）根據(jù)影響反應速率的因素可知，提高操作1浸出率的方法有升溫，攪拌，增大濃度，增加時間等，
故答案為：升溫，攪拌，增大濃度，增加時間等；
（2）操作3中加入雙氧水，將亞鐵離子氧化成鐵離子，反應的離子方程式為：2LiFePO₄+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2Li⁺+2PO₄^3-+2H₂O，
故答案為：2LiFePO₄+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2Li⁺+2PO₄^3-+2H₂O；
（3）鋰電池充電時的正極即為陽極，發(fā)生氧化反應，反應式為LiFePO₄ -e^-=FePO₄+Li⁺，
故答案為：LiFePO₄ -e^-=FePO₄+Li⁺；
（4）操作4中是調(diào)節(jié)PH值，使得鐵離子沉淀完全，應選擇試劑為NaOH，由于Ksp[Fe（OH）₃]=4×10^-38
，要使鐵離子沉淀完全，即c（Fe ³⁺ ）＜10^-5mol/L，所以此時c（OH^- ）＞$\root{3}{\frac{4×10{\;}^{-38}}{10{\;}^{-5}}}$=$\root{3}{4}$×10^-11mol/L，即pH=3.2，所以要將溶液調(diào)節(jié)pH值至PH＞3.2，
故答案為：NaOH；大于3.2；
（5）根據(jù)上面的分析可知，沉淀C的成分為Li₂CO₃，
故答案為：Li₂CO₃；
（6）磷酸鐵也可以通過電解法制備，如右圖2，鐵作陽極生成亞鐵離子，亞鐵離子被雙氧水氧化成鐵離子，再結(jié)合磷酸根離子生成磷酸鐵，所以制備過程的總反應離子方程式為：Fe²⁺+H₂O₂+2PO₄^3-=2FePO₄+H₂O，
故答案為：Fe²⁺+H₂O₂+2PO₄^3-=2FePO₄+H₂O．

點評 本題為生產(chǎn)流程題，涉及金屬的回收、氧化還原反應、物質(zhì)的分離、金屬的冶煉，有關(guān)方程式的計算等問題，題目較為綜合，做題時注意仔細審題，從題目中獲取關(guān)鍵信息，難度中等．