Question

【题目】磷酸亚铁锂（LiFePO4）电池是新能源汽车的动力电池之一。废旧电池正极片（磷酸亚铁锂、炭黑和铝箔等）可再生利用，其工艺流程如下：

已知：碳酸锂在水中的溶解度，0℃时为1.54g，90℃时为0.85g，100℃时为0.71g。

（1）上述流程中至少需要经过______次过滤操作。

（2）“氧化”发生反应的离子方程式为__________；若用HNO3代替H2O2不足之处是_____。

（3）①已知Ksp[Fe(OH)3]=2.6×10-39。常温下，在Fe(OH)3悬浊液中，当溶液的pH=3.0时，Fe3+的浓度为________mol/L。

②实际生产过程中，“调节pH”生成沉淀时，溶液pH与金属元素的沉淀百分率(ω)的关系如下表：

pH	3.5	5.0	6.5	8.0	10.0	12.0
ω(Fe)/%	66.5	79.2	88.5	97.2	97.4	98.1
ω(Li)/%	0.9	1.3	1.9	2.4	4.5	8.0

则最佳的沉淀pH=________。

（4）“沉锂" 时的温度应选（填标号）______为宜，并用___洗涤（填“热水" 或“冷水"）。

a．90℃ b．60 ℃ c．30 ℃ d．0 ℃

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

（6）工业上可以用FePO4、Li2CO3和H2C2O4作原料高温焙烧制备 LiFePO4，该反应的化学方程式为________

Answer 1

【答案】5 H2O2+2Fe2++2H+=2Fe3++2H2O 产生氮的氧化物，污染空气 2.6×10-6 8 a 热水 FePO4+e-+Li+=LiFePO4 2FePO4+ Li2CO3+ H2C2O42LiFePO4+H2O+3CO2↑

【解析】

由已知废旧电池正极片为磷酸亚铁锂、炭黑和铝箔等，加氢氧化钠溶液后，铝箔溶解，通过过滤除去含铝的溶液，滤渣加入硫酸，溶解磷酸亚铁锂，炭黑不溶，再过滤除去炭黑，滤液中加入H2O2，氧化Fe2+生成Fe3+,加入NaOH和NH3·H2O调节pH，使Fe3+变成Fe(OH)3沉淀。过滤后除去沉淀，滤液中加入碳酸钠，碳酸锂在水中的溶解度很小，把易容的硫酸锂转化为微溶的碳酸锂即可。

（1）根据上述分析可知上述流程中至少需要经过5次过滤操作。答案：5。

（2）H2O2具有强氧化性，可以把Fe2+氧化生成Fe3+，此反应的离子方程式为H2O2+2Fe2++2H+=2Fe3++2H2O；若用HNO3代替H2O2容易产生具有污染性的氮的氧化物气体。答案：H2O2+ 2Fe2++2H+=2Fe3++2H2O；产生氮的氧化物，污染空气；

（3）①pH=3.0时，c(H+)=1.0×10-3 mol/L，c(OH-)=1.0×10-11mol/L，Ksp[Fe(OH)3]=2.6×10-39，所以c(Fe3+)=2.6×10-39/(1.0×10-11)3 mol/L =2.6×10-6 mol/L；答案：2.6×10-6。

②由图表数据分析可知pH=8时，铁元素的沉淀率较高，锂元素损失量较小，故应调节pH=8沉淀最佳；答案：8；

(4）因为碳酸锂在水中的溶解度，0℃时为1.54g，90℃时为0.85g，100℃时为0.71g。90℃ 反应速率较快，而碳酸锂溶解度很小，所以“沉锂"时的温度应选90℃为宜，并用热水洗涤。答案：a、热水。

（5）磷酸亚铁锂电池在工作时，正极发生还原反应，所以是FePO4得电子生成，该电池放电时正极的电极反应式为FePO4+e-+Li+=LiFePO4；答案：FePO4+e-+Li+=LiFePO4。

（6）用FePO4、Li2CO3和H2C2O4作原料高温焙烧制备LiFePO4，根据元素守恒即可得到化学方程式为：2FePO4+ Li2CO3+ H2C2O42LiFePO4+H2O+3CO2↑；答案：2FePO4+ Li2CO3+ H2C2O42LiFePO4+H2O+3CO2↑。