Question

【题目】新能源汽车的核心部件是锂离子电池，常用磷酸亚铁锂（LiFePO4）做电极材料。对LiFePO4废旧电极（含杂质Al、石墨粉）回收并获得高纯Li2CO3的工业流程图如下：

资料：碳酸锂在水中溶解度：

温度/℃	0	20	40	60	80	100
溶解度/g	1.54	1.33	1.17	1.01	0.85	0.72

（1）过程i研磨粉碎的目的是_______。

（2）过程ii加入足量NaOH溶液的作用是______。

（3）过程iii采用不同氧化剂分别进行实验，均采用Li含量为3.7%的原料，控制pH为3.5，浸取1.5h后，实验结果如下表所示：

序号	酸	氧化剂	浸出液Li+浓度(g/L)	滤渣中Li含量/%
实验1	HCl	H2O2	9.02	0.10
实验2	HCl	NaClO3	9.05	0.08
实验3	HCl	O2	7.05	0.93

①实验2中，NaClO3与盐酸反应生成黄绿色气体，大大增加了酸和氧化剂的用量，该反应的离子方程式为______。

②结合实验结果和①中的现象，最终选择H2O2作为氧化剂，原因是______。

③过程iii得到的浸出液循环两次的目的是_____。

（4）浸出液中存在大量H2PO4和HPO42，已知：H2PO4 HPO42 +H+，HPO42 PO43+H+，结合平衡移动原理，解释过程iv得到磷酸铁晶体的原因_____。

（5）对比过程iv和v，说明过程iv不用饱和Na2CO3溶液的原因______。

（6）简述过程vi的操作_______。

Answer 1

【答案】增大接触面积，加快反应速率 溶解Al，使其分离出去 ClO3+5Cl+6H+ =3Cl2↑+3H2O Li+的浸出率较高，且较环保（节约酸和氧化剂的用量） 提高浸出液中Li+ 浓度（或提高氧化剂和酸的利用率/节约后续纯碱的用量） CO32结合H+，c(H+)减小，H2PO4HPO42 +H+，HPO42PO43+H+，两个电离平衡均向右移动，c(PO43)增大，与Fe3+结合形成磷酸铁晶体 过程iv若使用饱和Na2CO3溶液，其中c(CO32)较大，易形成Li2CO3沉淀与磷酸铁沉淀一同析出，减少高纯Li2CO3的产量 用热水洗涤，干燥

【解析】

（1）根据影响反应速率的因素分析过程i研磨粉碎的目的；

（2）根据铝可溶于氢氧化钠溶液分析；

（3）①实验2中，NaClO3与盐酸发生归中反应反应生成氯气、氯化钠、水；

②实验1与实验3比，浸出液中Li+浓度高；

③浸出液循环利用，可以提高氧化剂和酸的利用率；

（4）过程iv加入30%的Na2CO3溶液可以提高PO43的浓度；

（5）c(CO32)越大越易生成Li2CO3沉淀；

（6）根据温度越高碳酸锂溶解度越小分析；

（1）过程i研磨粉碎的目的是增大接触面积，加快反应速率；

（2）单质铝可溶于氢氧化钠溶液生成偏铝酸钠，所以过程ii加入足量NaOH溶液的作用是溶解Al，使其分离出去；

（3）①实验2中，NaClO3与盐酸发生归中反应生成氯气、氯化钠、水，反应离子方程式是ClO3+5Cl+6H+=3Cl2↑+3H2O；

②实验2生成氯气污染空气，增加了酸和氧化剂的用量，实验1与实验3比，Li+的浸出率较高，所以最终选择H2O2作为氧化剂；

③过程iii得到的浸出液循环两次的目的是提高氧化剂和酸的利用率，提高浸出液中Li+浓度；

（4）过程iv加入30%的Na2CO3溶液，CO32结合H+，c(H+)减小，H2PO4HPO42+H+，HPO42PO43+H+，两个电离平衡均向右移动，c(PO43)增大，与Fe3+结合形成磷酸铁晶体；

（5）过程iv若使用饱和Na2CO3溶液，其中c(CO32－)较大，易形成Li2CO3沉淀与磷酸铁沉淀一同析出，减少高纯Li2CO3的产量，所以过程iv不用饱和Na2CO3溶液；

（6）温度越高碳酸锂溶解度越小，过程vi的操作是用热水洗涤，干燥。