锂离子电池的广泛应用使回收利用锂资源成为重要课题.某研究性学习小组对废旧锂离子电池正极材料(LiMn2O4和碳粉涂覆在铝

锂离子电池的广泛应用使回收利用锂资源成为重要课题.某研究性学习小组对废旧锂离子电池正极材料(LiMn2O4和碳粉涂覆在铝箔上)进行资源回收研究,设计实验流程如下:

(1)第①步反应可能产生气体的化学式是______;第②步反应得到的沉淀X的化学式为______;第④步反应的化学方程式是:______.
(2)第③步反应有锂离子(Li+)生成,其反应的离子方程式是:______.
(3)四步实验都包含过滤,实验室中过滤实验要使用的玻璃仪器包括:______.
(4)若废旧锂离子电池正极材料含LiMn2O4的质量为18.1g,第③步反应中加入20.0mL 3.0mol•L-1的H2SO4溶液,假定正极材料中的锂经反应③和④完全转化为Li2CO3,则至少有______g Na2CO3参加了反应.
千子晨 1年前 已收到1个回答 举报

风火水杉树 幼苗

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解题思路:第一步就是铝溶解在氢氧化钠溶液中(注意LiMn2O4不溶于水)生成四羟基合铝酸钠,即滤液的主要成分,第二步就是四羟基合铝酸钠与二氧化碳反应生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠的过程,第三步是LiMn2O4在酸性环境下能被空气中的氧气氧化发生的氧化还原反应,得到的滤液中有生成的硫酸锂,可能有过量的硫酸,最后一步加入碳酸钠之后反应生成硫酸钠和碳酸锂沉淀,所得的滤液主要成分为硫酸钠和过量碳酸钠;
(1)根据以上分析,第①步反应可能产生气体的化学式是铝与氢氧化钠反应生成的氢气,第②步反应得到的沉淀X的化学式为氢氧化铝,第④步反应的化学方程式是Na2CO3+MnSO4═Na2SO4+Li2CO3↓;
(2)在酸性环境下,LiMn2O4能被空气中的氧气氧化;
(3)过滤实验要使用的玻璃仪器包括漏斗、烧杯、玻璃棒;
(4)计算第③步反应中加入20.0mL3.0mol•L-1的H2SO4溶液的量是否过量和过量的硫酸以及生成的Li+消耗的碳酸钠的量.

第一步就是铝溶解在氢氧化钠溶液中(注意LiMn2O4不溶于水)生成四羟基合铝酸钠,即滤液的主要成分,第二步就是四羟基合铝酸钠与二氧化碳反应生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠的过程,第三步是LiMn2O4在酸性环境下能被空气中的氧气氧化发生的氧化还原反应,得到的滤液中有生成的硫酸锂,可能有过量的硫酸,最后一步加入碳酸钠之后反应生成硫酸钠和碳酸锂沉淀,所得的滤液主要成分为硫酸钠;
(1)根据以上分析,第①步反应可能产生气体的化学式是铝与氢氧化钠反应生成的氢气,第②步反应得到的沉淀X的化学式为氢氧化铝,第④步反应的化学方程式是Na2CO3+MnSO4═Na2SO4+Li2CO3↓;
故答案为:H2、Al(OH)3、Na2CO3+MnSO4═Na2SO4+Li2CO3↓;
(2)在酸性环境下,LiMn2O4能被空气中的氧气氧化,离子方程式为:4 LiMn2O4+O2+4H+=4Li++8MnO2+2H2O;
故答案为:4 LiMn2O4+O2+4H+=4Li++8MnO2+2H2O;
(3)过滤实验要使用的玻璃仪器包括漏斗、烧杯、玻璃棒;故答案为:漏斗、烧杯、玻璃棒;
(4)根据LiMn2O4~0.5H2SO4~Li+得18.1gLiMn2O4即0.1molLiMn2O4消耗硫酸的量为0.05mol,故硫酸有剩余,剩余的0.01mol硫酸和生成的Li+共消耗碳酸钠0.06mol,即6.36g,故答案为:6.36.

点评:
本题考点: 物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用.

考点点评: 本题是一道实验和基础知识相结合的综合题,主要是混合物分离试剂作用和生成产物判断,元素守恒的计算应用,难度较大.

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