Question

【題目】2019年諾貝爾化學獎授予鋰離子電池的發明者，LiFePO4是鋰離子電池的正極材料。用含鋰廢渣（主要金屬元素的含量：Li 8.50%、Ni 6.55%、Mg 13.24%）制備Li2C2O4，并用其制備LiFePO4部分工藝流程如圖（該流程可能造成水體砷污染）：

已知：濾液1、濾液2中部分離子的濃度（g·L-1）：

	Li+	Ni2+	Mg2+
濾液1	22.72	20.68	60.18
濾液2	21.94	7.7×10-3	0.78×10-3

I.制備Li2C2O4

(1)濾渣2的主要成分有__（填化學式）。

(2)Na2C2O4溶液中各離子的濃度由大到小順序為__。

(3)寫出加入Na2C2O4溶液時發生反應的離子方程式：__。

Ⅱ.制備LiFePO4

(4)將電池極Li2C2O4和FePO4置于高溫下反應生成LiFePO4和一種溫室氣體，該反應的化學方程式是___。

(5)LiFePO4需要在高溫下成型后才能作為電極，高溫成型時要加入少量石墨，則石墨的作用是__（任寫一點）。

(6)我國科學家研究零價鐵活化過硫酸鈉（Na2S2O8）去除廢水中的As(Ⅴ)，其機制模型如圖，其中零價鐵與過硫酸鈉反應的離子方程式是__。在該模型中得到的鐵砷共沉淀物經灼燒（無元素化合價變化）后得到一種磁性化合物，化學式為Fe7As2O14，該物質中二價鐵與三價鐵的個數比為__。

Answer 1

【答案】Mg(OH)2、Ni(OH)2 c(Na+)>c(C2O42-)>c(OH-)>c(HC2O4-)>c(H+) 2Li++C2O42-=Li2C2O4↓ Li2C2O4+2FePO42LiFePO4+2CO2↑ 改善成型后LiFePO4（或電極）的導電作用 Fe+S2O82-=Fe2++2SO42- 3:4

【解析】

含鋰廢渣(主要金屬元素的含量：Li 8.50%、Ni 6.55%、Mg 13.24%)粉碎后加入稀硫酸，并加熱，Li、Ni、Mg溶解生成Li2SO4、NiSO4、MgSO4，過濾出不溶物(濾渣1)，所得濾液1的主要成分為Li2SO4、NiSO4、MgSO4；加入NaOH調節溶液的pH=12，據表中數據，此時主要發生NiSO4、MgSO4與NaOH的反應，所得濾渣2的主要成分為Ni(OH)2、Mg(OH)2，濾液2中主要含有Li2SO4；加入Na2C2O4，與Li2SO4發生反應，主要生成Li2C2O4沉淀，這就是濾渣3的主要成分。

(1)由以上分析知，濾渣2的主要成分有Mg(OH)2、Ni(OH)2。答案為：Mg(OH)2、Ni(OH)2；

(2)Na2C2O4溶液中，主要存在以下平衡：C2O42-+H2OHC2O4-+OH-、HC2O4-+H2OH2C2O4+OH-、H2OH++OH-，且程度依次減弱，所以各離子的濃度由大到小順序為c(Na+)>c(C2O42-)>c(OH-)>c(HC2O4-)>c(H+)。答案為：c(Na+)>c(C2O42-)>c(OH-)>c(HC2O4-)>c(H+)；

(3)加入Na2C2O4溶液時，與Li2SO4發生反應，主要生成Li2C2O4沉淀，發生反應的離子方程式為：2Li++C2O42-=Li2C2O4↓。答案為：2Li++C2O42-=Li2C2O4↓；

(4)將Li2C2O4和FePO4置于高溫下反應生成LiFePO4和CO2，該反應的化學方程式是Li2C2O4+2FePO42LiFePO4+2CO2↑。答案為：Li2C2O4+2FePO42LiFePO4+2CO2↑；

(5)LiFePO4需要在高溫下成型后才能作為電極，為增強電極的導電能力，高溫成型時要加入少量石墨，則石墨的作用是改善成型后LiFePO4（或電極）的導電作用。答案為：改善成型后LiFePO4（或電極）的導電作用；

(6)零價鐵與過硫酸鈉反應，生成Fe2+和SO42-，反應的離子方程式是Fe+S2O82-=Fe2++2SO42-。在Fe7As2O14中，Fe顯+2、+3價，As顯+5價，O顯-2價，可設Fe2+的個數為x，則Fe3+的個數為(7-x)，依據化合價的代數和等于0，可建立如下等量關系式：2x+3(7-x)=18，x=3，從而得出該物質中二價鐵與三價鐵的個數比為3:4。答案為：Fe+S2O82-=Fe2++2SO42-；3:4。