Question

【题目】2019年诺贝尔化学奖授予约翰·古迪纳夫、斯坦利·威廷汉和吉野彰，表彰他们对锂离子电池研究的贡献。磷酸亚铁锂（LiFePO4）电池是新能源汽车的动力电池之一。采用湿法冶金工艺回收废旧磷酸亚铁锂电池正极片（除LiFePO4外，还含有Al箔、少量不溶于酸碱的导电剂）中的资源，部分流程如图：

已知：Ksp ( Li2CO3)=1.6×10-3 。部分物质的溶解度（S）如下表所示：

T℃	S(Li2CO3)/g	S(Li2SO4)/g	S(Li3PO4)/g
20	1.33	34.2	0.039
80	0.85	30.5	——
100	0.72	——

（1）从“正极”可以回收的金属有___。

（2）写出碱溶时Al箔溶解的离子方程式___。

（3）磷酸亚铁锂电池在工作时，正极发生LiFePO4和FePO4的转化，该电池充电时正极的电极反应式为___。

（4）酸浸时产生标准状况下3.36LNO时，溶解 LiFePO4___mol（其他杂质不与HNO3反应），若用H2O2代替HNO3，发生反应的离子方程式为___。

（5）流程中用“热水洗涤”的原因是___。

（6）若滤液②中c(Li+)=4mol/L，加入等体积的Na2CO3后，Li+的沉降率到90%，计算滤液③中c(CO32-)=___mol/L。

（7）“沉淀”时___（填“能”或“不能”）用Na2SO4溶液代替饱和Na2CO3溶液，原因是___。

Answer 1

【答案】Li、Fe、Al 2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑ LiFePO4 -e-=FePO4+Li+ 0.45 H2O2+2H++2Fe2+=2Fe3++2H2O或H2O2+8H++2LiFePO4=2Fe3++2H2O+2H3PO4+2Li+ Li2CO3的溶解度随温度升高而减小，热水洗涤可减少Li2CO3的溶解 0.04 不能 Li2SO4为易溶物

【解析】

正极片经碱溶可得到NaAlO2滤液，含有磷酸亚铁锂的滤渣加入硫酸、硝酸，可除去不溶于酸碱的导电剂，得到含有P、Fe、Li的滤液，加入碱液调节pH值，生成的沉淀为FePO4，滤液加入碳酸钠，可生成碳酸锂沉淀，以此解答该题。

（1）根据分析流程，碱溶可得到NaAlO2滤液，调节pH值，生成的沉淀为FePO4，加入碳酸钠，可生成Li2CO3沉淀，可判断从“正极”可以回收的金属；

（2）碱溶时Al箔与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和氢气；

（3）磷酸亚铁锂电池在工作时，正极发生还原反应，电极反应式为：FePO4+e-+Li+= LiFePO4该电池充电时正极变为阳极，失电子发生氧化反应，将放电时正极反应倒写即为阳极电极反应式；

（4）酸浸时HNO3转化为NO，产生标准状况下3.36LNO的物质的量为=0.15mol，产生1molNO，转移3mol电子，则生成0.15molNO转移0.45mol电子，LiFePO4与硝酸反应转化为FePO4，Fe的化合价由+2价变为+3价，溶解1mol LiFePO4转移1mol电子，则转移0.45mol电子，溶解 LiFePO40.45mol；若用H2O2代替HNO3，H2O2与LiFePO4发生氧化还原反应；

（5）根据表格数据已知条件可得，Li2CO3的溶解度随温度升高而减小，热水洗涤可减少Li2CO3的溶解；

（6）若滤液②中c(Li+)=4mol/L，加入等体积的Na2CO3后，Li+的沉降率到90%，混合后溶液中含有的c(Li+)=4mol/L×(1-90%)×=0.2mol/L，已知：Ksp ( Li2CO3)= c2 (Li+)·c(CO32-)=1.6×10-3，进而计算c(CO32-)；

“沉淀”时不能用Na2SO4溶液代替饱和Na2CO3溶液，原因是Li2SO4为易溶物，最终得不到Li2CO3沉淀。

（1）根据分析流程，碱溶可得到NaAlO2滤液，调节pH值，生成的沉淀为FePO4，加入碳酸钠，可生成Li2CO3沉淀，因此从“正极”可以回收的金属有Li、Fe、Al，

答案为：Li、Fe、Al；

（2）碱溶时Al箔与氢氧化钠反应，溶解的离子方程式2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑，

答案为：2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑；

（3）磷酸亚铁锂电池在工作时，正极发生还原反应，电极反应式为：FePO4+e-+Li+= LiFePO4该电池充电时正极变为阳极，失电子发生氧化反应，将放电时正极反应倒写即为阳极电极反应式为LiFePO4=FePO4+Li++e-，

答案为：LiFePO4 -e-=FePO4+Li+；

（4）酸浸时HNO3转化为NO，产生标准状况下3.36LNO的物质的量为=0.15mol，产生1molNO，转移3mol电子，则生成0.15molNO转移0.45mol电子，LiFePO4与硝酸反应转化为FePO4，Fe的化合价由+2价变为+3价，溶解1mol LiFePO4转移1mol电子，则转移0.45mol电子，溶解 LiFePO40.45mol；若用H2O2代替HNO3，H2O2与LiFePO4发生氧化还原反应，反应的离子方程式为H2O2+2H++2Fe2+=2Fe3++2H2O或H2O2+8H++2LiFePO4=2Fe3++2H2O+2H3PO4+2Li+，

答案为：0.45；H2O2+2H++2Fe2+=2Fe3++2H2O或H2O2+8H++2LiFePO4=2Fe3++2H2O+2H3PO4+2Li+；

（5）根据表格数据可得，Li2CO3的溶解度随温度升高而减小，热水洗涤可减少Li2CO3的溶解，

答案为：Li2CO3的溶解度随温度升高而减小，热水洗涤可减少Li2CO3的溶解；

（6）若滤液②中c(Li+)=4mol/L，加入等体积的Na2CO3后，Li+的沉降率到90%，混合后溶液中含有的c(Li+)=4mol/L×(1-90%)×=0.2mol/L，已知：Ksp ( Li2CO3)= c2 (Li+)·c(CO32-)=1.6×10-3，则滤液③中c(CO32-)===0.04 mol/L，

答案为：0.04；

（7）“沉淀”时不能用Na2SO4溶液代替饱和Na2CO3溶液，原因是Li2SO4为易溶物，最终得不到Li2CO3沉淀，

答案为：Li2SO4为易溶物。