Question

【題目】以廢舊磷酸亞鐵鋰正極材料(主要成分為LiFePO4，含炭黑、鋁等雜質)為原料可制備LiOH溶液和FePO4。

(1)“除鋁”時反應的離子方程式為______________________________。

(2)試從沉淀溶解平衡移動的角度解釋“浸取時加入H2O2、稀鹽酸”可促進LiFePO4溶解的原因：______。

(3)“浸取”所得濾液中，磷元素的存在形式主要是________(填字母)。

a. PO 　　　　　b. H3PO4　　　　　　c. H2PO

(4)“沉鐵”時鐵、磷的沉淀率隨溶液pH的變化如圖1所示。pH＞2.5后磷元素的沉淀率逐漸下降，原因是_____________________。

(5)“電解”制備LiOH的原理如圖2所示，裝置中使用陽離子交換膜將電解槽隔成陽極室和陰極室的目的是________________________________________。

(6)LiOH和(NH4)2Fe(SO4)2、H3PO4反應得到LiFePO4、NH4HSO4。寫出該反應的化學方程式：__________________。

Answer 1

【答案】2Al＋2H2O＋2OH－=2AlO＋3H2↑ H2O2將Fe2＋氧化，H＋與PO 結合，溶液中c(Fe2＋)和c(PO)減小，促進LiFePO4溶解平衡正向移動 c pH＞2.5后，部分鐵元素以Fe(OH)3形式存在，降低了磷元素的沉淀率 防止得到的LiOH不純，且確保了工業(yè)生產的安全(以防H2、Cl2混合爆炸) (NH4)2Fe(SO4)2＋LiOH＋H3PO4=LiFePO4↓＋2NH4HSO4＋H2O

【解析】

廢舊磷酸亞鐵鋰正極材料(主要成分為LiFePO4，含炭黑、鋁等雜質)先與NaOH溶液反應，鋁轉化為偏鋁酸鈉進入溶液，過濾后用H2O2、稀鹽酸浸取濾渣，LiFePO4反應溶解，亞鐵離子被氧化，PO和氫離子反應生成H2PO，所以溶液主要有Li+、Fe3+、H2PO、Cl－等，濾渣為碳；加入碳酸鈉溶液與H2PO反應生成二氧化碳和PO，繼而得到FePO4沉淀；過濾后經系列處理得到LiCl溶液，電解得到LiOH溶液。

(1)除鋁反應為鋁單質和NaOH反應生成偏鋁酸鈉的反應，離子方程式為2Al＋2H2O＋2OH－=2AlO＋3H2↑；

(2)H2O2將Fe2＋氧化，H＋與PO 結合，溶液中c(Fe2＋)和c(PO)減小，促進LiFePO4溶解平衡正向移動；

(3)浸取時加入稀鹽酸，H＋與PO 結合，磷酸為三元中強酸，所以此時磷元素的主要存在形式為H2PO，所以選c；

(4)pH>2.5時溶液中氫氧根濃度較大，部分鐵元素以Fe(OH)3形式存在，降低了磷元素的沉淀率；

(5)電解過程中陽極氯離子放電會產生氯氣，氯氣可以LiOH溶液反應，且與陰極產生的氫氣混合容易爆炸，陽離子交換膜將電解槽隔成陽極室和陰極室可以防止得到的LiOH不純，且確保了工業(yè)生產的安全(以防H2、Cl2混合爆炸)；

(6)已知部分反應物和生成物，根據(jù)元素守恒可得方程式為(NH4)2Fe(SO4)2＋LiOH＋H3PO4=LiFePO4↓＋2NH4HSO4＋H2O。