Question

（2010?安徽）鋰離子電池的廣泛應用使回收利用鋰貨源成為重要課題：某研究性學習小組對廢舊鋰離子電池正極材料（LiMn₂O₄、碳粉等涂覆在鋁箔上）進行資源回收研究，設計實驗流程如下 
（1）第②步反應得到的沉淀X的化學式為

Al（OH）₃

．
（2）第③步反應的離子方程式是

4LiMn₂O₄+O₂+4H⁺=4Li⁺+8MnO₂+2H₂O

．
（3）第④步反應后，過濾Li₂CO₃所需的玻璃儀器有

漏斗、玻璃棒、燒杯

．若過濾時發現濾液中有少量渾濁，從實驗操作的角度給出兩種可能的原因：

濾紙破損

、

濾液超過濾紙邊緣

．
（4）若廢舊鋰離子電池正極材料含LiNB₂O₄的質量為18.1g第③步反應中加入20.0mL3.0mol?L^-1的H₂SO₄溶液．定正極材料中的鋰經反應③和④完全為Li₂CO₃，剩至少有

5.3g

Na₂CO₃參加了反應．

Answer 1

分析：（1）四羥基合鋁酸鈉與二氧化碳反應產生氫氧化鋁和碳酸氫鈉；
（2）LiMn₂O₄在酸性環境下能被空氣中的氧氣氧化；
（3）根據過濾實驗所需要的儀器和實驗的結果出現誤差的處理辦法來分析；
（4）計算第③步反應中加入20.0mL3.0mol?L^-1的H₂SO₄溶液的量是否過量和過量的硫酸以及生成的Li⁺消耗的碳酸鈉的量．

解答：解：第一步就是鋁溶解在氫氧化鈉溶液中（注意LiMn₂O₄不溶于水）生成四羥基合鋁酸鈉，即濾液的主要成分，第二步就是四羥基合鋁酸鈉與二氧化碳反應生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉的過程，第三步是LiMn₂O₄在酸性環境下能被空氣中的氧氣氧化發生的氧化還原反應，得到的濾液中有生成的硫酸鋰，可能有過量的硫酸，最后一步加入碳酸鈉之后所得的濾液主要成分為硫酸鈉；
（1）四羥基合鋁酸鈉與過量二氧化碳反應得產物是Al（OH）₃沉淀和碳酸氫鈉，故答案為：Al（OH）₃；
（2）在酸性環境下，LiMn₂O₄能被空氣中的氧氣氧化，離子方程式為：4 LiMn₂O₄+O₂+4H⁺=4Li⁺+8MnO₂+2H₂O，故答案為：4 LiMn₂O₄+O₂+4H⁺=4Li⁺+8MnO₂+2H₂O；
（3）過濾所用玻璃儀器有：漏斗、玻璃棒、燒杯；過濾時發現濾液中有少量渾濁，原因可能有：濾紙破損、濾液超過濾紙邊緣等，故答案為：漏斗、玻璃棒、燒杯；濾紙破損、濾液超過濾紙邊緣
（4）根據LiMn₂O₄～0.5H₂SO₄～Li⁺得18.1gLiMn₂O₄即0.1molLiMn₂O₄消耗硫酸的量為0.05mol，故硫酸有剩余，剩余的硫酸和生成的Li⁺共消耗碳酸鈉0.05mol，即5.3g，故答案為：5.3g．

點評：本題是一道試驗和基礎知識相結合的綜合題，難度較大．