Question

【题目】锰酸锂(LiMn2O4)是最早制得的具有三维锂离子通道的正极材料。以MnSO4和LiFePO4为原料制备锰酸锂的流程如图：

请回答下列问题：

（1）“沉铁”过程所得滤渣为白色固体，其主要成分是___。

（2）K2S2O8中S的化合价为+6价，则S2O82-中含过氧键的数目为__，反应器Ⅰ中发生反应的离子方程式__。

（3）反应器Ⅱ中反应温度为600～750℃。升温到515℃时，开始有CO2产生，比碳酸锂的分解温度(723℃)低得多，可能的原因是___。

（4）制得的锰酸锂粗产品中混有LiMnO2，写出在高温条件下反应产生LiMnO2的化学方程式___；称取一定量的锰酸锂粗产品于锥形瓶中，加入稀硫酸充分溶解，滴入含0.14molNa2C2O4的标准溶液时恰好完全反应，同时生成0.19molMn2+，则锰酸锂粗产品中LiMn2O4物质的量分数为___。 (MnO2-、Mn2O4-被还为Mn2+)

Answer 1

【答案】FePO4 1 Mn2++S2O82-+2H2O=MnO2↓+4H++2SO42- MnO2作催化剂，降低了碳酸锂分解反应的活化能，加快碳酸锂分解 4MnO2+2Li2CO34LiMnO2+2CO2↑+O2↑ 90%

【解析】

LiFePO4加入盐酸和氯酸钠浸取，浸取过程中亚铁离子被氧化成铁离子，之后加入碳酸钠溶液调节pH，使Fe3+沉淀，得到的滤渣为白色固体，说明不是氢氧化铁沉淀，根据元素守恒可知该沉淀应为FePO4，之后再加入饱和的碳酸钠溶液得到碳酸锂沉淀；MnSO4与K2S2O8反应，Mn2+被氧化成MnO2生成沉淀析出，之后将MnO2与Li2CO3混合反应得到锰酸锂。

(1)该滤渣为白色固体，说明不是氢氧化铁，根据元素守恒以及溶解度的大小关系，该沉淀应为FePO4；

(2)设S2O82-中含负一价的氧原子数目为x，则有(+6)×2+(-2)(8-x)+(-1)x=-2解得x=2，两个负一价氧原子间有一个过氧键，故过氧键数目为1；反应其I中Mn2+被氧化成MnO2，S2O82-中-1价的氧被还原成-2价，结合电子守恒和元素守恒可知方程式应为：Mn2++S2O82-+2H2O=MnO2↓+4H++2SO42-；

(3)MnO2作催化剂，降低了碳酸锂分解反应的活化能，加快碳酸锂分解；

(4)反应物为MnO2和Li2CO3，产物有LiMnO2，说明该过程中Mn元素被还原，C元素已是最高价，不能被氧化，根据元素价态变化规律可知O元素被氧化成氧气，结合电子守恒和元素守恒可知方程式应为：4MnO2+2Li2CO34LiMnO2+2CO2↑+O2↑；设粗产品中LiMnO2的物质的量为x，LiMn2O4的物质的量为y，根据元素守恒有x+2y=0.19mol；根据电子守恒有x+y×2=0.14mol×2，联立解得y=0.09mol，x=0.01mol，则锰酸锂粗产品中LiMn2O4物质的量分数为=90%。