Question

【題目】磷酸亞鐵鋰（LiFePO4）電池是新能源汽車的動力電池之一。廢舊電池正極片（磷酸亞鐵鋰、炭黑和鋁箔等）可再生利用，其工藝流程如下：

已知：碳酸鋰在水中的溶解度，0℃時為1.54g，90℃時為0.85g，100℃時為0.71g。

（1）上述流程中至少需要經過______次過濾操作。

（2）“氧化”發生反應的離子方程式為__________；若用HNO3代替H2O2不足之處是_____。

（3）①已知Ksp[Fe(OH)3]=2.6×10-39。常溫下，在Fe(OH)3懸濁液中，當溶液的pH=3.0時，Fe3+的濃度為________mol/L。

②實際生產過程中，“調節pH”生成沉淀時，溶液pH與金屬元素的沉淀百分率(ω)的關系如下表：

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

則最佳的沉淀pH=________。

（4）“沉鋰" 時的溫度應選（填標號）______為宜，并用___洗滌（填“熱水" 或“冷水"）。

a．90℃ b．60 ℃ c．30 ℃ d．0 ℃

（5）磷酸亞鐵鋰電池在工作時，正極發生LiFePO4和FePO4的轉化，該電池放電時正極的電極反應式為________。

（6）工業上可以用FePO4、Li2CO3和H2C2O4作原料高溫焙燒制備 LiFePO4，該反應的化學方程式為________

Answer 1

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

【解析】

由已知廢舊電池正極片為磷酸亞鐵鋰、炭黑和鋁箔等，加氫氧化鈉溶液后，鋁箔溶解，通過過濾除去含鋁的溶液，濾渣加入硫酸，溶解磷酸亞鐵鋰，炭黑不溶，再過濾除去炭黑，濾液中加入H2O2，氧化Fe2+生成Fe3+,加入NaOH和NH3·H2O調節pH，使Fe3+變成Fe(OH)3沉淀。過濾后除去沉淀，濾液中加入碳酸鈉，碳酸鋰在水中的溶解度很小，把易容的硫酸鋰轉化為微溶的碳酸鋰即可。

（1）根據上述分析可知上述流程中至少需要經過5次過濾操作。答案：5。

（2）H2O2具有強氧化性，可以把Fe2+氧化生成Fe3+，此反應的離子方程式為H2O2+2Fe2++2H+=2Fe3++2H2O；若用HNO3代替H2O2容易產生具有污染性的氮的氧化物氣體。答案：H2O2+ 2Fe2++2H+=2Fe3++2H2O；產生氮的氧化物，污染空氣；

（3）①pH=3.0時，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由圖表數據分析可知pH=8時，鐵元素的沉淀率較高，鋰元素損失量較小，故應調節pH=8沉淀最佳；答案：8；

(4）因為碳酸鋰在水中的溶解度，0℃時為1.54g，90℃時為0.85g，100℃時為0.71g。90℃ 反應速率較快，而碳酸鋰溶解度很小，所以“沉鋰"時的溫度應選90℃為宜，并用熱水洗滌。答案：a、熱水。

（5）磷酸亞鐵鋰電池在工作時，正極發生還原反應，所以是FePO4得電子生成，該電池放電時正極的電極反應式為FePO4+e-+Li+=LiFePO4；答案：FePO4+e-+Li+=LiFePO4。

（6）用FePO4、Li2CO3和H2C2O4作原料高溫焙燒制備LiFePO4，根據元素守恒即可得到化學方程式為：2FePO4+ Li2CO3+ H2C2O42LiFePO4+H2O+3CO2↑；答案：2FePO4+ Li2CO3+ H2C2O42LiFePO4+H2O+3CO2↑。