Question

【題目】錳酸鋰離子蓄電池是第二代鋰離子動(dòng)力電池。一種以軟錳礦漿(主要成分為MnO2，含少量 Fe2O3、FeO、A12O3、SiO2等雜質(zhì))為原料制備錳酸鋰的流程如下圖所示。

(1)溶浸生產(chǎn)中為提高SO2回收率可采取的措施有_________(填序號(hào))

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.減少軟錳礦漿的進(jìn)入量

d.減小通入SO2的流速

(2)已知：室溫下，Ksp[A1(OH)3]=1×10-33，Ksp[Fe(OH)3]=l×10-39， pH=7.1 時(shí) Mn(OH)2開始沉淀。氧化除雜時(shí)(室溫)除去MnSO4液中的Fe3+、Al3+(使其濃度小于1× l0-6mol /L)，需調(diào)節(jié)溶液pH范圍為_______。

(3)由硫酸錳與K2S2O8溶液常溫下混合一周，慢慢得到球形二氧化錳(MnO2)。請(qǐng)寫出發(fā)生反應(yīng)的離子方程式___________。

(4)將MnO2和 Li2CO3按4：1的物質(zhì)的量比配料，混合攪拌，然后升溫至600℃750℃，制取產(chǎn)品LiMn2O4。寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式 _____________ 。

(5)錳酸鋰可充電電池的總反應(yīng)為：Li1-xMn2O4+LixCLiMn2O4+C(0＜x＜1)

①充電時(shí)，電池的陽極反應(yīng)式為_________，若此時(shí)轉(zhuǎn)移lmole-，則石墨電極將增重______g。

②廢舊錳酸鋰電池可能殘留有單質(zhì)鋰，拆解不當(dāng)易爆炸、著火，為了安全，對(duì)拆解環(huán)境的要求是________。

Answer 1

【答案】ad 5.0<pH<7.1 Mn2++S2O82-+2H2O=MnO2↓+4H++2SO42- 8MnO2+2Li2CO34LiMn2O4+2CO2↑+O2↑ LiMn2O4-xe-=Li1-xMn2O4+xLi+ 7 拆解環(huán)境保持干燥，拆解下的鋰隔絕空氣保存

【解析】

軟錳礦主要成分為MnO2，含少量Fe2O3、FeO、Al2O3和極少量銅的化合物等雜質(zhì)，利用軟錳礦漿脫含硫煙氣中SO2，發(fā)生反應(yīng)MnO2+SO2=MnSO4，2Fe3++SO2+2H2O=2Fe2++SO42-+4H+，步驟Ⅱ中在浸出Ⅰ中加入氧化劑將亞鐵離子氧化為鐵離子，加入氨水調(diào)節(jié)溶液pH沉淀Fe3+、Al3+便于除去，過濾得到濾液含有的Mn2+的溶液中加入K2S2O8可將Mn2+氧化為MnO2，K2S2O8被還原為K2SO4，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) a.不斷攪拌，使SO2和軟錳礦漿充分接觸，這樣SO2就會(huì)更多轉(zhuǎn)化為SO42-，a正確；

b.增大通入SO2的流速，可能會(huì)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錯(cuò)誤；

c.減少軟錳礦漿的進(jìn)入量，SO2可能回收率不能及時(shí)參加反應(yīng)，導(dǎo)致回收率降低，c錯(cuò)誤；

d.減小通入SO2的流速，SO2能盡可能充分反應(yīng)，回收率增大，d正確；

故合理選項(xiàng)是ad；

(2)除雜時(shí)顯然只能除去Fe3+和Al3+，不能損失Mn2+，由題意可知，室溫下，pH=7.1時(shí)Mn(OH)2開始沉淀，除去MnSO4溶液中的Fe3+、Al3+，氫氧化鋁完全變成沉淀時(shí)的Ksp[Al(OH)3]= 1×10-33=c(Al3+)c3(OH-)，c(Al3+)=1×10-6mol/L，解得： c(OH-)=1×10-9 mol/L，則溶液c(H+) =l×10-5 mol/L ，則pH=5；同理Fe(OH)3完全變成沉淀時(shí)，Ksp[Fe(OH)3]= l×10-39=c(Fe3+)c3(OH-)，c(Fe3+)=1×10-6mol/L，解得： c(OH-)=1×10-11 mol/L，c(H+) =l×10-3 mol/L ，則pH約為3，故pH范圍是：5.0<pH<7.1；

(3)由題意可知，反應(yīng)物為MnSO4和K2S2O8，生成物之一為MnO2，再根據(jù)化合價(jià)升降相等和原子守恒配平,則發(fā)生反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式為Mn2++S2O82-+2H2O=MnO2↓+2SO42-+4H+。

(4) 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↑；

(5)①放電時(shí)，電池的正極發(fā)生還原反應(yīng)，反應(yīng)式為Li1-xMn2O4+xLi++xe-=LiMn2O4 ，充電時(shí)電池的陽極反應(yīng)式為：LiMn2O4-xe-=Li1-xMn2O4+xLi+； 此時(shí)，石墨電極上發(fā)生的反應(yīng)為C+xe-+xLi+=LixC，則轉(zhuǎn)移lmole-石墨電極將增重的質(zhì)量為1molLi+的質(zhì)量，由于Li摩爾質(zhì)量是7g/mol，所以1molLi+的質(zhì)量是7.0g。

②廢舊錳酸鋰電池可能殘留有單質(zhì)鋰，鋰化學(xué)性質(zhì)活潑，鋰可與空氣中的O2和H2O反應(yīng)，對(duì)拆解的要求是：隔絕空氣和水分。