Question

【题目】2019年诺贝尔化学奖授予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：

（1）“碱溶”时Al箔溶解过程中，氧化剂是______________。

（2）“酸浸”时生成NO的离子方程式是_________。（其他杂质不与HNO3反应）

（3）实验测得滤液②中c(Li+)＝4 mol·L－1，加入等体积的Na2CO3溶液后，Li+的沉降率为90%，则加入饱Na2CO3 溶液中c(Na2CO3)＝______ mol·L－1。[Ksp(Li2CO3)＝1.6×10－3]

（4）磷酸亚铁锂电池总反应为：LiFePO4＋6CLi1－xFePO4＋LixC6，电池中的固体电解质可传导Li+。充电时，该电池的负极接电源的_____（填“正极”或“负极”）；放电时，正极反应式为_______。

（5）磷酸亚铁锂电池中铁的含量可通过如下方法测定：称取1.20g试样用盐酸溶解，在溶液中加入稍过量的SnCl2溶液，再加入HgCl2饱和溶液，用二苯胺磺酸钠作指示剂，用0.020mol·L－1重铬酸钾溶液滴定至溶液由浅绿色变为蓝紫色，消耗重铬酸钾溶液40.00mL。

已知：2Fe3+＋Sn2+＋6Cl－=SnCl62－＋2Fe2+

4Cl－＋Sn2+＋2HgCl2=SnCl62－＋Hg2Cl2

6Fe2+＋Cr2O72－＋14H+=6Fe3+＋2Cr3+＋7H2O

①实验中加入HgCl2饱和溶液的目的是_________。

②磷酸亚铁锂电池中铁的含量为________%。

Answer 1

【答案】H2O 3LiFePO4+NO3－+4H+=3Li++NO↑+3PO43－+2H2O+3Fe3+ 1.88 负极 Li1－xFePO4＋xLi+＋xe－=LiFePO4 将溶液中过量Sn2+转化为稳定的SnCl62－，防止其干扰Fe2+的测定 22.4

【解析】

分析流程图，磷酸亚铁锂电池正极片碱溶时，Al转化为NaAlO2，过滤后，滤渣中含有磷酸亚铁锂，向其中加入硫酸和硝酸进行酸浸，得到含Li+、Fe3+、H+、SO42－、NO3－和PO43－的滤液，调节溶液的pH，使得Fe3+以FePO4的形式除去，过滤后得到含Li+、H+、SO42－和NO3－的滤液，加入饱和Na2CO3溶液，将Li+转化为Li2CO3，通过过滤、热水洗涤等操作得到最终产物。据此进行分析。

（1）“碱溶”时Al箔溶解过程中发生的反应方程式为：2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑，反应实质为2Al＋6H2O=2Al(OH)3＋3H2↑，Al(OH)3＋NaOH=NaAlO2＋2H2O，根据氧化还原原理，化合价降低是H2O中的H，因此氧化剂为：H2O；

（2）酸浸时，磷酸亚铁锂电池正极片上的Fe2+与HNO3反应，生成Fe3+和NO，反应的离子反应方程式为：3LiFePO4+NO3－+4H+=3Li++NO↑+3PO43－+2H2O+3Fe3+；

（3）滤液②中c(Li+)＝4mol·L－1，加入等体积的Na2CO3溶液后，Li+的沉降率为90%，则Li+的转化浓度为，由关系式：2Li+～CO32－可知，CO32－的转化浓度为。滤液②中加入等体积的Na2CO3溶液后，c(Li+)＝，由碳酸锂溶度积Ksp(Li2CO3)＝，可得c(CO32-)=，则原饱和Na2CO3溶液中c(Na2CO3)＝；

（4）根据电池总反应：LiFePO4＋6CLi1－xFePO4＋LixC6，放点过程中，C6x－中的C的化合价升高生成C单质，失去电子，作负极，可知，LixC6极为原电池的负极，充电时为阴极，发生还原反应，则应与电源的负极相连。放电时，原电池的正极发生还原反应，则反应方程式为：Li1－xFePO4＋xLi+＋xe－=LiFePO4；

（5）①根据题给信息，SnCl2溶液稍过量，为了排除溶液中过量Sn2+干扰Fe2+的测定，故用HgCl2饱和溶液将其转化为稳定的SnCl62－。

②由题给已知条件，可得关系式：6Fe3+～Cr2O72－，则有：

解得：；则磷酸亚铁锂电池中铁的含量为。