Question

【題目】2019年諾貝爾化學獎授予在開發鋰離子電池方面做出卓越貢獻的三位化學家。鋰離子電池的廣泛應用使鋰的需求量大增，自然界中主要的鋰礦物為鋰輝石、鋰云母、透鋰長石和磷鋰鋁石等。

（1）i.為鑒定某礦石中是否含有鋰元素，可以采用焰色反應來進行鑒定，當觀察到火焰呈_______，可以認為存在鋰元素。

A．紫紅色 B．綠色 C．黃色 D. 紫色（需透過藍色鈷玻璃）

ii鋰離子電池的廣泛應用同樣也要求處理電池廢料以節約資源、保護環境。采用濕法冶金工藝回收廢舊磷酸亞鐵鋰電池正極片(由Al箔、LiFePO4活性材料、少量不溶于酸堿的導電劑組成)中的資源，部分流程如圖：

查閱資料，部分物質的溶解度(s)，單位g，如下表所示：

（2）將回收的廢舊鋰離子電池進行預放電、拆分破碎、熱處理等預處理，篩分后獲得正極片。下列分析你認為合理的是___ 。

A.廢舊鋰離子電池在處理之前需要進行徹底放電，否則在后續處理中，殘余的能量會集中釋放，可能會造成安全隱患。

B.預放電時電池中的鋰離子移向負極，不利于提高正極片中鋰元素的回收率。

C.熱處理過程可以除去廢舊鋰離子電池中的難溶有機物、碳粉等。

（3）工業上為了最終獲得一種常用金屬，向堿溶一步所得濾液中加入一定量硫酸，請寫出此時硫酸 參與反應的所有離子方程式 ____________

（4）有人提出在―酸浸時，用H2O2代替HNO3效果會更好。請寫出用雙氧水代替硝酸時主要反應的化學方程式__________________

（5）若濾液②中c(Li+)=4mol/L加入等體積的Na2CO3后，沉淀中的Li元素占原Li元素總量的95.5%， 計算濾液③中c(CO32-)___________。（Ksp(LiCO)=1.62×10－3）

（6）綜合考慮，最后流程中對―濾渣③‖洗滌時，常選用下列________（填字母）洗滌。

A.熱水 B.冷水 C.酒精

原因是_______________________

（7）工業上將回收的Li2CO3和濾渣②中FePO4粉碎與足量炭黑混合高溫灼燒再生制備 LiFePO4，實現了物質的循環利用，更好的節省了資源，保護了環境。請寫出反應的化學方程式：___________________________ 。

Answer 1

【答案】A AC H++ OH-=H2O、H++AlO2-+H2O=Al(OH)3↓ 2LiFePO4 +H2O2+4H2SO4=Li2SO4+Fe2(SO4)3+2 H2O+2H3PO4 0.2mol/L A 碳酸鋰的溶解度隨溫度的升高而減小，用熱水洗滌會減少沉淀的溶解，同時熱水成本比酒精低 Li2CO3+ 2FePO4+2C= 2LiFePO4+3CO

【解析】

廢舊電池正極片（磷酸亞鐵鋰、炭黑和鋁箔等）放電拆解后加入氫氧化鈉溶液堿浸，過濾得到濾液中偏鋁酸鈉溶液，濾渣酸浸過濾得到炭黑和硫酸鋰、硫酸亞鐵的溶液，加入硫酸、硝酸氧化亞鐵濾渣生成鐵離子，調節溶液pH生成磷酸鐵沉淀，過濾后的濾液中加入碳酸鈉沉淀鋰離子生成碳酸鋰，經過濾、洗滌、干燥等操作得到碳酸鋰，以此解答該題。

(1)根據鋰的焰色反應回答；

(2)將回收的廢舊鋰離子電池進行預放電，

A．從鋰的性質分析；

B．放電是原電池，從離子的移動方向考慮；

C．從有機物與碳的性質分析；

(3)堿溶一步所得濾液中含有偏鋁酸鈉和氫氧化鈉，加入硫酸，首先發生的是酸堿中和，然后是偏鋁酸根與氫離子的反應；

(4)LiFePO4在硫酸和過氧化氫同時存在的條件下生成Li2SO4，Fe2（SO4）3，2 H2O和2H3PO4，從環保和價格的角度分析；

(5)利用溶度積進行計算；

(6)碳酸鋰的溶解度隨溫度的變化分析；

(7)根據題目所給信息寫出化學方程式；

(1)根據焰色反應原理，鋰礦石含有鋰元素，鋰的焰色反應為紫紅色；

(2)A．廢舊鋰離子電池在處理之前需要進行徹底放電，由于鋰是很活潑的金屬，容易和氧氣，水蒸氣發生反應，可能會造成安全隱患，故A正確；

B．放電時，陽離子移向正極，故放電時電池中的鋰離子移向正極，故B錯誤；

C．難溶有機物的沸點一般較低，碳粉也可以被氧化，通過熱處理可以除去有機物和碳粉，故C正確；

(3)向堿溶一步所得濾液中加入一定量硫酸，先發生酸堿中和，向偏鋁酸鈉溶液中加入酸，由于要得到金屬，酸的量必須控制，故離子反應為：H++ OH-=H2O，H++AlO2-+H2O=Al(OH)3↓；

(4)H2O2和HNO3都具有強氧化性，由于硝酸見光分解，成本較高，故可以利用過氧化氫代替硝酸，過氧化氫被還原的產物是水，對環境沒有污染，化學方程式為2LiFePO4 +H2O2+4H2SO4=Li2SO4+Fe2(SO4)3+2H2O+2H3PO4；

(5)碳酸鋰是沉淀，存在難溶電解質的溶解平衡，設兩溶液體積為V，濾液②中c(Li+)=4mol/L，沉淀中的Li元素占原Li元素總量的95.5%，則沉淀后溶液中鋰離子的濃度為=0.09mol/L，故Ksp (Li2CO3)=c(Li+)2c(CO32-)，故c(CO3)= ==0.2mol/L；

(6)碳酸鋰的溶解度隨溫度的升高而減小，用熱水洗滌會減少沉淀的溶解，同時熱水成本比酒精低；

(7)工業上將回收的Li2CO3和濾渣②中FePO4粉碎與足量炭黑混合高溫灼燒再生制備 LiFePO4，反應方程式為Li2CO3+ 2FePO4+2C= 2LiFePO4+3CO。