Question

【题目】锂电池具有能量密度大、质量轻、寿命长等诸多优点,被广泛应用于移动电话、笔记本电脑中。从某锂电池废料(主要成分为LiMn2O4,杂质为Fe、Cu等)中分离得到Li2SO4、MnCO3的一种工艺流程如图所示:

回答下列问题:

（1）研磨锂电池废料的主要目的是___________________。

（2）滤渣Ⅰ的主要成分为MnO2,写出向浆液中通入SO2发生反应的化学方程式:___________________。

（3）滤液Ⅰ中的金属阳离子有Cu2+、Fe3+和Li+,向滤液Ⅰ中加入氧化铜粉末的目的是___________________;向滤液Ⅱ中通入H2S发生反应的离子方程式为___________________。

（4）滤液Ⅲ经过操作Ⅰ后可得到Li2SO4,其中操作Ⅰ主要包括_____、_____、过滤、洗涤、干燥;在实验室中检验Li2SO4晶体是否洗涤干净的方法是__________。

（5）写出向MnSO4溶液中加入NH4HCO3生成MnCO3的化学方程式:___________________。

（6）现取18.1g该锂电池废料(LiMn2O4的质量分数为80.0%)模拟以上工艺流程进行实验,最终得到16.2gMnCO3,该实验中产率为_____(保留两位有效数字)。

Answer 1

【答案】增大反应物的接触面积,加快反应速提高酸浸效率 MnO2+SO2MnSO4 升高滤液Ⅰ的pH，使Fe3+水解沉淀完全 Cu2++H2S=CuS↓+2H+ 蒸发浓缩 冷却结晶 取最后一次洗涤液少许于试管中，滴加少量BaCl2溶液，若无白色沉淀生成，说明Li2SO4晶体已洗涤干净,反之未洗涤干净 MnSO4+2NH4HCO3=MnCO3↓+(NH4)2SO4+H2O+CO2↑ 88%

【解析】

锂电池废料(主要成分为LiMn2O4，杂质为Fe、Cu等)研磨后进行用双氧水和稀硫酸浸取，则得到的滤液中主要金属阳离子有Fe3+、Cu2+、Li，滤渣主要为还原得到的MnO2；滤液I中加入氧化铜粉末条件pH值，使Fe3+转化为Fe(OH)3从而除去，通入H2S得到CuS沉淀除去Cu2+，所以过滤得到的滤液Ⅲ的溶质主要为Li2SO4，经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥后得到硫酸锂晶体；滤渣I加热水形成浆液，通入二氧化硫将MnO2还原成锰离子，过滤得到硫酸锰溶液，加入碳酸氢铵得到碳酸锰沉淀。

(1)研磨锂电池废料的主要目的是增大反应物的接触面积，加快反应速提高酸浸效率；

(2)MnO2具有强氧化性，SO2具有还原性，向浆液中通入SO2发生反应的化学方程式为MnO2+SO2MnSO4；

(3)滤液Ⅰ中的金属阳离子有Cu2+、Fe3+和Li+，由上述流程分析知向滤液Ⅰ中加入氧化铜粉末是为了升高滤液Ⅰ的pH，使Fe3+水解沉淀完全，从而除去Fe3+；向滤液Ⅱ中通入H2S生成CuS沉淀，离子方程式为Cu2++H2S=CuS↓+2H+；

(4)由上述流程分析知操作Ⅰ主要包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥；检验Li2SO4晶体是否洗涤干净主要是检验晶体表面是否有杂质，检验方法为取最后一次洗涤液少许于试管中，滴加少量BaCl2溶液，若无白色沉淀生成，说明Li2SO4晶体已洗涤干净，反之未洗涤干净；

(5)向MnSO4溶液中加入NH4HCO3生成MnCO3的化学方程式为MnSO4+2NH4HCO3=MnCO3↓+H2O+CO2↑+(NH4)2SO4；

(6)根据锰元素守恒可得关系式LiMn2O4~2MnCO3，18.1g该锂电池废料(LiMn2O4的质量分数为80.0%)理论上可生成MnCO3的质量为，则该实验中MnCO3的产率为。