Question

【題目】錳酸鋰(LiMn2O4)是最早制得的具有三維鋰離子通道的正極材料。以MnSO4和LiFePO4為原料制備錳酸鋰的流程如圖：

請回答下列問題：

（1）“沉鐵”過程所得濾渣為白色固體，其主要成分是___。

（2）K2S2O8中S的化合價為+6價，則S2O82-中含過氧鍵的數目為__，反應器Ⅰ中發生反應的離子方程式__。

（3）反應器Ⅱ中反應溫度為600～750℃。升溫到515℃時，開始有CO2產生，比碳酸鋰的分解溫度(723℃)低得多，可能的原因是___。

（4）制得的錳酸鋰粗產品中混有LiMnO2，寫出在高溫條件下反應產生LiMnO2的化學方程式___；稱取一定量的錳酸鋰粗產品于錐形瓶中，加入稀硫酸充分溶解，滴入含0.14molNa2C2O4的標準溶液時恰好完全反應，同時生成0.19molMn2+，則錳酸鋰粗產品中LiMn2O4物質的量分數為___。 (MnO2-、Mn2O4-被還為Mn2+)

Answer 1

【答案】FePO4 1 Mn2++S2O82-+2H2O=MnO2↓+4H++2SO42- MnO2作催化劑，降低了碳酸鋰分解反應的活化能，加快碳酸鋰分解 4MnO2+2Li2CO34LiMnO2+2CO2↑+O2↑ 90%

【解析】

LiFePO4加入鹽酸和氯酸鈉浸取，浸取過程中亞鐵離子被氧化成鐵離子，之后加入碳酸鈉溶液調節pH，使Fe3+沉淀，得到的濾渣為白色固體，說明不是氫氧化鐵沉淀，根據元素守恒可知該沉淀應為FePO4，之后再加入飽和的碳酸鈉溶液得到碳酸鋰沉淀；MnSO4與K2S2O8反應，Mn2+被氧化成MnO2生成沉淀析出，之后將MnO2與Li2CO3混合反應得到錳酸鋰。

(1)該濾渣為白色固體，說明不是氫氧化鐵，根據元素守恒以及溶解度的大小關系，該沉淀應為FePO4；

(2)設S2O82-中含負一價的氧原子數目為x，則有(+6)×2+(-2)(8-x)+(-1)x=-2解得x=2，兩個負一價氧原子間有一個過氧鍵，故過氧鍵數目為1；反應其I中Mn2+被氧化成MnO2，S2O82-中-1價的氧被還原成-2價，結合電子守恒和元素守恒可知方程式應為：Mn2++S2O82-+2H2O=MnO2↓+4H++2SO42-；

(3)MnO2作催化劑，降低了碳酸鋰分解反應的活化能，加快碳酸鋰分解；

(4)反應物為MnO2和Li2CO3，產物有LiMnO2，說明該過程中Mn元素被還原，C元素已是最高價，不能被氧化，根據元素價態變化規律可知O元素被氧化成氧氣，結合電子守恒和元素守恒可知方程式應為：4MnO2+2Li2CO34LiMnO2+2CO2↑+O2↑；設粗產品中LiMnO2的物質的量為x，LiMn2O4的物質的量為y，根據元素守恒有x+2y=0.19mol；根據電子守恒有x+y×2=0.14mol×2，聯立解得y=0.09mol，x=0.01mol，則錳酸鋰粗產品中LiMn2O4物質的量分數為=90%。