Question

（16分）2006年世界鋰離子電池總產量超過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，為了安全對拆解環境的要求______ __                  。
（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的離子反應方程式：
                                           。
（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

（1）增大接觸面積，加快反應速率（2分）
（2）隔絕空氣和水分（2分）
(3)CO₂+AlO₂^–+2H₂O=Al(OH)₃↓+HCO₃^–（3分）
(4)4 LiMn₂O₄+4 H⁺+O₂=8MnO₂+4 Li⁺+2H₂O（4分）
(5) Li₂SO₄+Na₂CO₃＝Na₂SO₄+Li₂CO₃↓ （3分）   趁熱過濾（2分）

（1）進行粉碎操作可以增大反應物的接觸面積，加快反應速率。
（2）鋰是活潑的金屬，極易和水及氧氣反應，所以需要隔絕空氣和水分。
（3）濾液中含有偏鋁酸鈉，所以通入CO₂能生成氫氧化鋁沉淀，方程式為CO₂+AlO₂^–+2H₂O=Al(OH)₃↓+HCO₃^–。
（4）LiMn₂O₄中Mn的化合價為+3和+4價，則+3價的被氧化生成二氧化錳，方程式為4 LiMn₂O₄+4 H⁺+O₂=8MnO₂+4 Li⁺+2H₂O。
（5）Li₂CO₃的溶解度小于硫酸鋰的，因此硫酸鋰和碳酸鈉反應可以生成碳酸鋰沉淀，所以方程式為Li₂SO₄+Na₂CO₃＝Na₂SO₄+Li₂CO₃↓。由于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。