锂离子电池的广泛应用使回收利用锂资源成为重要课题．某研究性小组对废旧锂离子电池正极材料（图中简称废料，成份为LiMn2O4、碳粉和铝箔）进行资源回收研究，设计实验流程如

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．某研究性小组对废旧锂离子电池正极材料（图中简称废料，成份为LiMn ₂ O ₄ 、碳粉和铝箔）进行资源回收研究，设计实验流程如下：
已知：Li ₂ SO ₄ 、LiOH和Li ₂ CO ₃ 在303K下的溶解度分别为34.2g、12.7g和1.3g．


（1）废料在用NaOH溶液浸取之前需要进行粉碎操作，其目的是______．
（2）写出生成沉淀X的离子方程式______．
（3）写出反应②的化学反应方程式______．
（4）反应③在实际操作中采用加入过量的Na ₂ CO ₃ 固体而不是Na ₂ CO ₃ 溶液，这样做的目的是______，操作过滤Ⅲ分离出滤渣Li ₂ CO ₃ 后所得滤液中的主要成份为______．（写化学式）

Answer 1

第一步就是铝溶解在氢氧化钠溶液中（注意LiMn ₂ O ₄ 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LiMn ₂ O ₄ 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所得的滤液主要成分为硫酸钠；
（1）粉碎废料，能增大废料与氢氧化钠溶液的接触面积，加快反应速率．
故答案为：增大接触面积，加快反应速率．
（2）四羟基合铝酸钠与过量二氧化碳反应得产物是Al（OH） ₃ 沉淀和碳酸氢钠，
所以离子方程式为：CO ₂ +AlO ₂ ^- +2H ₂ O=Al（OH） ₃ ↓+HCO ₃ ^- ．
故答案为：CO ₂ +AlO ₂ ^- +2H ₂ O=Al（OH） ₃ ↓+HCO ₃ ^- ．
（3）在酸性环境下，LiMn ₂ O ₄ 能被空气中的氧气氧化，生成二氧化锰、硫酸锂和水，所以化学方程式为：
4LiMn ₂ O ₄ +2H ₂ SO ₄ +O ₂ =8MnO ₂ +2Li ₂ SO ₄ +2H ₂ O．
故答案为：4 LiMn ₂ O ₄ +2 H ₂ SO ₄ +O ₂ =8MnO ₂ +2 Li ₂ SO ₄ +2H ₂ O．
（4）碳酸钠溶液中含有水，能增大碳酸锂的溶解，而使溶液中的锂离子沉淀不完全，所以用碳酸钠固体不用碳酸钠溶液；通过上面分析知，最后所得滤液中的主要成分为硫酸钠．
故答案为：使溶液中的Li ⁺ 沉淀完全，减少Li ₂ CO ₃ 的溶解，Na ₂ SO ₄ ．