Question

【題目】新能源汽車的核心部件是鋰離子電池，常用磷酸亞鐵鋰（LiFePO4）做電極材料。對LiFePO4廢舊電極（含雜質Al、石墨粉）回收并獲得高純Li2CO3的工業流程圖如下：

資料：碳酸鋰在水中溶解度：

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

（1）過程i研磨粉碎的目的是_______。

（2）過程ii加入足量NaOH溶液的作用是______。

（3）過程iii采用不同氧化劑分別進行實驗，均采用Li含量為3.7%的原料，控制pH為3.5，浸取1.5h后，實驗結果如下表所示：

序號	酸	氧化劑	浸出液Li+濃度(g/L)	濾渣中Li含量/%
實驗1	HCl	H2O2	9.02	0.10
實驗2	HCl	NaClO3	9.05	0.08
實驗3	HCl	O2	7.05	0.93

①實驗2中，NaClO3與鹽酸反應生成黃綠色氣體，大大增加了酸和氧化劑的用量，該反應的離子方程式為______。

②結合實驗結果和①中的現象，最終選擇H2O2作為氧化劑，原因是______。

③過程iii得到的浸出液循環兩次的目的是_____。

（4）浸出液中存在大量H2PO4和HPO42，已知：H2PO4 HPO42 +H+，HPO42 PO43+H+，結合平衡移動原理，解釋過程iv得到磷酸鐵晶體的原因_____。

（5）對比過程iv和v，說明過程iv不用飽和Na2CO3溶液的原因______。

（6）簡述過程vi的操作_______。

Answer 1

【答案】增大接觸面積，加快反應速率 溶解Al，使其分離出去 ClO3+5Cl+6H+ =3Cl2↑+3H2O Li+的浸出率較高，且較環保（節約酸和氧化劑的用量） 提高浸出液中Li+ 濃度（或提高氧化劑和酸的利用率/節約后續純堿的用量） CO32結合H+，c(H+)減小，H2PO4HPO42 +H+，HPO42PO43+H+，兩個電離平衡均向右移動，c(PO43)增大，與Fe3+結合形成磷酸鐵晶體 過程iv若使用飽和Na2CO3溶液，其中c(CO32)較大，易形成Li2CO3沉淀與磷酸鐵沉淀一同析出，減少高純Li2CO3的產量 用熱水洗滌，干燥

【解析】

（1）根據影響反應速率的因素分析過程i研磨粉碎的目的；

（2）根據鋁可溶于氫氧化鈉溶液分析；

（3）①實驗2中，NaClO3與鹽酸發生歸中反應反應生成氯氣、氯化鈉、水；

②實驗1與實驗3比，浸出液中Li+濃度高；

③浸出液循環利用，可以提高氧化劑和酸的利用率；

（4）過程iv加入30%的Na2CO3溶液可以提高PO43的濃度；

（5）c(CO32)越大越易生成Li2CO3沉淀；

（6）根據溫度越高碳酸鋰溶解度越小分析；

（1）過程i研磨粉碎的目的是增大接觸面積，加快反應速率；

（2）單質鋁可溶于氫氧化鈉溶液生成偏鋁酸鈉，所以過程ii加入足量NaOH溶液的作用是溶解Al，使其分離出去；

（3）①實驗2中，NaClO3與鹽酸發生歸中反應生成氯氣、氯化鈉、水，反應離子方程式是ClO3+5Cl+6H+=3Cl2↑+3H2O；

②實驗2生成氯氣污染空氣，增加了酸和氧化劑的用量，實驗1與實驗3比，Li+的浸出率較高，所以最終選擇H2O2作為氧化劑；

③過程iii得到的浸出液循環兩次的目的是提高氧化劑和酸的利用率，提高浸出液中Li+濃度；

（4）過程iv加入30%的Na2CO3溶液，CO32結合H+，c(H+)減小，H2PO4HPO42+H+，HPO42PO43+H+，兩個電離平衡均向右移動，c(PO43)增大，與Fe3+結合形成磷酸鐵晶體；

（5）過程iv若使用飽和Na2CO3溶液，其中c(CO32－)較大，易形成Li2CO3沉淀與磷酸鐵沉淀一同析出，減少高純Li2CO3的產量，所以過程iv不用飽和Na2CO3溶液；

（6）溫度越高碳酸鋰溶解度越小，過程vi的操作是用熱水洗滌，干燥。