Question

【題目】LiNiO2是一種前景很好的鋰離子電池正極材料。當溫度高于850°C時，LiNiO2會分解。請按要求回答下列問題：

(1)LiNiO2中Ni的化合價為___________，工業上用Ni(OH)2與LiOH的混合物在空氣流中加熱到700~800°C制得 LiNiO2，該反應的化學方程式為___________，加熱溫度不宜過高的原因是_________，工業上也可用LiNO3代替上述工藝中的LiOH，存在的缺點可能是_______。

(2)以廢舊二次電池為原料回收利用合成Ni(OH)2的工藝如下：

已知：酸浸后濾液中含有Ni2+、Al3+、Fe3+、Mn2+；

Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10－38，Ksp[Al(OH)3]=1.0×10－33，Ksp[Ni(OH)2]=1.6×10－14；

①濾渣Ⅱ為___________。

②“氧化除錳”是將錳元素最終轉化為MnO2而除去，反應歷程如下：

i．5S2O82－+2Mn2++8H2O=2MnO4－+10SO42－+16H+；

ii．______________________(用離子方程式表示)。

③轉化操作后，還需經過過濾、洗滌、烘干得到產品。檢驗Ni(OH)2是否洗滌干凈的實驗操作是___________。

④調pH=5操作時，已知溶液中Ni2+濃度為2.0mol/L，則“濾渣II”中是否存在Ni(OH)2沉淀?___________(列式計算，并使用必要的文字說明)。

Answer 1

【答案】+3 4Ni(OH)2+4LiOH+O24LiNiO2+6H2O 防止溫度高于850℃時LiNiO2分解 產生氮氧化物，污染環境 Al(OH)3、Fe(OH)3 2MnO4-+3Mn2++2H2O=5MnO2↓+4H+ 取最后一次洗滌液，先加鹽酸酸化，再滴加BaCl2溶液，若無白色沉淀產生，則洗滌干凈 pH=5，濾液中c(OH-)=10-9mol/L，Qc=c2(OH-)·c(Ni2+)=2×10-18<Ksp[Ni(OH)2]=1.6×10-14，故無Ni(OH)2沉淀產生。

【解析】

(1)根據化合物中元素正負化合價代數和等于0判斷Ni的化合價；根據反應物、生成物結合電子守恒、原子守恒，書寫反應方程式；從溫度過高，物質的穩定性分析，結合LiNO3高溫分解產生氮氧化合物的毒性判斷；

(2)廢舊二次電池用硫酸溶解得到的溶液中含有Ni2+、Al3+、Fe3+、Mn2+，然后向溶液中加入NiO，調整溶液的pH=5，由于Fe(OH)3、Al(OH)3的溶度積常數小，這時溶液中含有Al3+、Fe3+形成Al(OH)3、Fe(OH)3沉淀進入濾渣II中，然后載向濾液中加入(NH4)2S2O8氧化溶液中Mn2+變為MnO2進入濾渣III中，再向溶液中加入NaOH溶液，Ni2+形成Ni(OH)2沉淀。據此分析解答。

(1)由于化合物中所有元素正負化合價的代數和等于0，Li為+1價，O為-2價，所以LiNiO2中Ni的化合價為+3價；在工業上用Ni(OH)2與LiOH的混合物在空氣流中加熱到700~800°C制得 LiNiO2，該反應的化學方程式為4Ni(OH)2+4LiOH+O24LiNiO2+6H2O，加熱溫度不宜過高，是因為溫度高于850℃時LiNiO2會發生分解反應，工業上也可用LiNO3代替上述工藝中的LiOH，但也存在一定缺點，原因是LiNO3受熱分解會產生氮氧化物，導致污染環境；

(2)①根據上述分析可知濾渣II中含有的成分是Al(OH)3、Fe(OH)3；

②“氧化除錳”是將錳元素最終轉化為MnO2而除去，反應歷程如下：

第一步反應是5S2O82-+2Mn2++8H2O=2MnO4-+10SO42-+16H+；反應產生的MnO4-再將溶液中的Mn2+氧化，最終都變為MnO2，所以第二步反應用離子方程式表示為2MnO4-+3Mn2++2H2O=5MnO2↓+4H+；

③Ni(OH)2沉淀是從含Na+、SO42-等的溶液中過濾出來的，因此檢驗Ni(OH)2是否洗滌干凈可通過檢驗洗滌液中是否含有SO42-檢驗，實驗操作是取最后一次洗滌液，先加鹽酸酸化，再滴加BaCl2溶液，若無白色沉淀產生，則洗滌干凈；

④調pH=5操作時，c(OH-)===10-9mol/L，已知溶液中Ni2+濃度為2.0mol/L，則c(Ni2+) c2(OH-) =2.0 ×(10-9)2=2.0 ×10-18< Ksp[Ni(OH)2]=1.6×10-14，所以 “濾渣II”中不存在Ni(OH)2沉淀。