Question

锂离子电池的广泛应用使回收利用锂资源成为重要课题．某研究性学习小组对废旧锂离子电池正极材料（LiMn2O

锂离子电池的广泛应用使回收利用锂资源成为重要课题．某研究性学习小组对废旧锂离子电池正极材料（LiMn2O4和碳粉涂覆在铝箔上）进行资源回收研究，设计实验流程如下：（1）第①步反应可能产生气体的化学式是______；第②步反应得到的沉淀X的化学式为______；第④步反应的化学方程式是：______．（2）第③步反应有锂离子（Li+）生成，其反应的离子方程式是：______．（3）四步实验都包含过滤，实验室中过滤实验要使用的玻璃仪器包括：______．（4）若废旧锂离子电池正极材料含LiMn2O4的质量为18.1g，第③步反应中加入20.0mL 3.0mol?L-1的H2SO4溶液，假定正极材料中的锂经反应③和④完全转化为Li2CO3，则至少有______g Na2CO3参加了反应．

Answer 1

第一步就是铝溶解在氢氧化钠溶液中（注意LiMn₂O₄不溶于水）生成四羟基合铝酸钠，即滤液的主要成分，第二步就是四羟基合铝酸钠与二氧化碳反应生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠的过程，第三步是LiMn₂O₄在酸性环境下能被空气中的氧气氧化发生的氧化还原反应，得到的滤液中有生成的硫酸锂，可能有过量的硫酸，最后一步加入碳酸钠之后反应生成硫酸钠和碳酸锂沉淀，所得的滤液主要成分为硫酸钠；
（1）根据以上分析，第①步反应可能产生气体的化学式是铝与氢氧化钠反应生成的氢气，第②步反应得到的沉淀X的化学式为氢氧化铝，第④步反应的化学方程式是Na₂CO₃+MnSO₄═Na₂SO₄+Li₂CO₃↓；
故答案为：H₂、Al（OH）₃、Na₂CO₃+MnSO₄═Na₂SO₄+Li₂CO₃↓；
（2）在酸性环境下，LiMn₂O₄能被空气中的氧气氧化，离子方程式为：4 LiMn₂O₄+O₂+4H⁺=4Li⁺+8MnO₂+2H₂O；
故答案为：4 LiMn₂O₄+O₂+4H⁺=4Li⁺+8MnO₂+2H₂O；
（3）过滤实验要使用的玻璃仪器包括漏斗、烧杯、玻璃棒；故答案为：漏斗、烧杯、玻璃棒；
（4）根据LiMn₂O₄～0.5H₂SO₄～Li⁺得18.1gLiMn₂O₄即0.1molLiMn₂O₄消耗硫酸的量为0.05mol，故硫酸有剩余，剩余的0.01mol硫酸和生成的Li⁺共消耗碳酸钠0.06mol，即6.36g，故答案为：6.36．