锰酸锂（LiMn2O4)是新型锂离子电池常用的正极材料。工业上以软锰矿浆为原料可制备锰酸锂...

锰酸锂（LiMn2O4)是新型锂离子电池常用的正极材料。工业上以软锰矿浆为原料可制备锰酸锂，同时制得副产品MnSO4·H2O晶体，其流程如图所示。

已知：（1）软锰矿浆的主要成分为MnO2，还含有Fe2O3，MgO、Al2O3，CaO，SiO2等杂质。

（2）温度高于27℃时，MnSO4晶体的溶解度随温度升高而逐渐降低。

（3）有关物质的溶度积常数如下表：

（1）“浸出”过程中MnO2转化为Mn2+的离子方程式为_____。该过程中，为提高软锰矿中MnO2的浸出率，下列措施可行的有_____（填字母）。

A．不断搅拌，使SO2和软锰矿浆充分接触

B．增大通入SO2的流速

C．适当升温

D．减少软锰矿浆的进入量

（2）第1步除杂中加入H2O2的目的是_____。

（3）第2步除杂，主要是将Ca2+，Mg2+转化为相应的氟化物沉淀除去，其中MnF2除去Mg2+反应的离子方程式为MnF2(s)+Mg2+(aq)=Mn2+(aq)+MgF2(s)，该反应的平衡常数为_____。

（4）图中的一系列操作指的是_____。

（5）将MnO2和Li2CO3按4：1的物质的量之比配料，混合搅拌，然后高温煅烧600~750℃，制取产品LiMn2O4。写出该反应的化学方程式：_____。

高三化学工业流程中等难度题查看答案及解析

锰酸锂（LiMn2O4)是新型锂离子电池常用的正极材料。工业上以软锰矿浆为原料可制备锰酸锂，同时制得副产品MnSO4·H2O晶体，其流程如图所示。

已知：（1）软锰矿浆的主要成分为MnO2，还含有Fe2O3，MgO、Al2O3，CaO，SiO2等杂质。

（2）温度高于27℃时，MnSO4晶体的溶解度随温度升高而逐渐降低。

（3）有关物质的溶度积常数如下表：

（1）“浸出”过程中MnO2转化为Mn2+的离子方程式为_____。该过程中，为提高软锰矿中MnO2的浸出率，下列措施可行的有_____（填字母）。

A．不断搅拌，使SO2和软锰矿浆充分接触

B．增大通入SO2的流速

C．适当升温

D．减少软锰矿浆的进入量

（2）第1步除杂中加入H2O2的目的是_____。

（3）第2步除杂，主要是将Ca2+，Mg2+转化为相应的氟化物沉淀除去，其中MnF2除去Mg2+反应的离子方程式为MnF2(s)+Mg2+(aq)=Mn2+(aq)+MgF2(s)，该反应的平衡常数为_____。

（4）图中的一系列操作指的是_____。

（5）将MnO2和Li2CO3按4：1的物质的量之比配料，混合搅拌，然后高温煅烧600~750℃，制取产品LiMn2O4。写出该反应的化学方程式：_____。

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新型锂电池正极材料锰酸锂（LiMn2O4)有望取代广泛使用的LiCoO2。工业上用某软锰矿(主要成分为MnO2，同时含有少量铁、铝及硅等的氧化物）为原料制备锰酸锂的流程如下：

有关物质的溶度积常数

(1)已知，锂电池放电正极的电极反应为：LiMn2O4+e-+Li+= Li2Mn2O4，则锂电池正极材料锰酸锂中，锰元素的化合价为________。

(2)流程中，FeSO4的作用是_______，MnO的作用是_________，当滤液中的pH为6时，滤液中所含铝离子的浓度为___________。

(3)采用下图装置电解，离子交换膜将电解池分隔为阳极室和阴极室，两室的溶液分别为硫酸钠溶液和制得的硫酸锰溶液，则阴极室中的溶液为________；电解产生的MnO2沉积在电极上，该电极反应式为_________。

(4)若将上述装置中的硫酸钠溶液换为软锰矿的矿浆，并加入适量的硫酸铁及硫酸，可一次性完成软锰矿的浸出反应与电解沉积MnO2反应，电解时，Fe3+先放电生成Fe2+，产生的Fe2+再与矿浆中的 MnO2反应，周而复始，直至矿浆中的MnO2完全浸出。则Fe2+与矿浆中MnO2反应的离子方程式为__________。

(5)写出高温煅烧生成锰酸锂的化学方程式___________。

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新型锂电池正极材料锰酸锂(LiMn2O4)有望取代广泛使用的LiCoO2。工业上用某软锰矿(主要成分为MnO2，还含有少量铁、铝及硅等氧化物)为原料制备锰酸锂的流程如图：

已知： lg2=0.3，=8，25℃有关物质的溶度积常数：

(1)已知锂电池放电时正极的电极反应式为：LiMn2O4+e-+Li+ ===Li2Mn2O4，则锰酸锂中锰元素的化合价为____。

(2)“浸取”得到的浸取液中阳离子主要是Mn2+，生成Mn2+的离子方程式为_____，检验还含有Fe2+的方法是______。

(3)“精制”中加入H2O2的量比理论值大的多，其主要原因是______，若所得溶液中锰离子的浓度为1 mol·L-1，则加入氧化锰调节pH的范围为____(当溶液中离子浓度小于10-5 mol·L-1时可以认为沉淀完全)。

(4)“沉锰”得到的是Mn(OH)2和Mn2(OH)2SO4滤饼，二者均可被氧化为Mn3O4，若控温氧化时溶液的pH随时间的变化如下图，则15~150 min内滤饼中一定参加反应的成分是______；判断的理由是____(用化学方程式表示)。

(5)写出高温煅烧生成锰酸锂的化学方程式_______。

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锰酸锂(LiMn2O4)可作为锂离子电池的正极材料。工业上利用软锰矿浆吸收含硫烟气（SO2 和O2）制备锰酸锂，生产流程如下：

已知：①软锰矿主要成分为MnO2，含少量Fe2O3、FeO、Al2O3、SiO2等杂质。

②软锰矿浆在吸收含硫烟气的过程中酸性逐渐增强。

③部分氢氧化物沉淀相关的溶液pH如下表：

（1）已知：

下列措施可提高SO2吸收率的是__________（填序号）

a.降低通入含硫烟气的温度　　 b.升高通入含硫烟气的温度

c.减少软锰矿浆的进入量　　　 d.减小通入含硫烟气的流速

（2）加入试剂X能提高产品纯度，则X可以是_____________（填化学式）

（3）加氨水调溶液pH在5～6之间，目的是_______________。

（4）锰酸锂可充电电池的总反应式为：Li1-xMnO2+LixC LiMn2O4+C(x<1)

①放电时，电池的正极反应式为__________________

②充电时，若转移1mole-，则石墨电极将增重__________g。

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锰酸锂(LiMn2O4)可作为锂离子电池的正极材料，在工业上可利用软锰矿浆（主要成分为MnO2，含少量Fe2O3、FeO、Al2O3、SiO2等杂质）吸收含硫烟气（主要成分SO2）制备锰酸锂，生产流程如下：

已知：①软锰矿浆在吸收含硫烟气的过程中酸性逐渐增强。②在此流程中部分金属阳离子生成氢氧化物沉淀的pH如下表：

（1）为提高含硫烟气中SO2的吸收率，可以采取的措施_____________（举一例）。

（2）滤液1中所含金属阳离子有Mn2+、_____________（填离子符号）。

（3）在实际生产中，Li2CO3与MnO2按物质的量之比1∶4混合均匀加热制取LiMn2O4，反应过程如下：

①升温到515℃时，Li2CO3开始分解产生CO2，同时生成固体A，此时比预计Li2CO3的分解温度(723℃)低得多，可能原因是_________________；

②升温到566℃时，MnO2开始分解产生另一种气体X，X恰好与①中产生的CO2物质的量相等，同时得到固体B。请写出此过程反应的化学方程式___________；

③升温到720℃时，第三阶段反应开始，固体质量逐渐增加，当质量不再增加时，得到高纯度的锰酸锂。请写出该阶段反应的化学方程式_________________。

（4）请补充完整由“滤液1”得到“滤液2”同时回收Al(OH)3的实验方案[Al(OH)3在pH≥12时溶解]：边搅拌边向滤液1中________________。（实验中须用到的试剂有：NaOH溶液、H2O2、CO2）

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锰酸锂(LiMn2O4)可作为锂离子电池的正极材料，在工业上可利用软锰矿浆（主要成分为MnO2，含少量Fe2O3、FeO、Al2O3、SiO2等杂质）吸收含硫烟气（主要成分SO2）制备锰酸锂，生产流程如下：

已知：①软锰矿浆在吸收含硫烟气的过程中酸性逐渐增强。

②在此流程中部分金属阳离子生成氢氧化物沉淀的pH如下表：

（1）已知：SO2的吸收率与温度及烟气流速的关系如图。

为提高含硫烟气中SO2的吸收率，可以采取的措施________________。

（2）滤液1中所含金属阳离子有Mn2+、_____________（填离子符号）。

（3）在实际生产中，Li2CO3与MnO2按物质的量之比为1∶4混合均匀加热制取LiMn2O4。

①升温到515 ℃时，Li2CO3开始分解产生CO2，同时生成固体A，此时比预计Li2CO3的分解温度(723℃)低得多，可能原因是_________________。

②升温到566 ℃时，MnO2开始分解产生另一种气体X，X恰好与①中产生的CO2物质的量相等，同时得到固体B。请写出此过程发生的化学反应方程式_________________。

③升温到720 ℃时，A、B反应，固体质量逐渐增加，当质量不再增加时，得到高纯度的锰酸锂。请写出发生的化学反应方程式_________________。

（4）请补充完整由“滤液1”得到“滤液2”和Al(OH)3的实验方案[Al(OH)3在pH≥12时溶解]：边搅拌边向滤液1中________________。（实验中须用到的试剂有：NaOH溶液、H2O2、CO2）

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高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料，工业上可由软锰矿浆（主要成分是MnO2）吸收含硫废渣产生的废气制备，工艺如下图所示。

已知：浸出液的pH <2，其中的金属离子主要是Mn2+，还含有少量的Fe2+、Al3+等其他金属离子。请回答下列问题：

（l）高温焙烧前需将矿石研成粉末，其目的是____。

（2）“氧化”中添加适量的MnO2的作用是____（用离子方程式表示）；写出“沉锰”的离子方程式____。

（3）下列各组试剂中，能准确测定尾气中SO2含量的是____。（填编号）

a NaOH溶液、酚酞试液

b 稀H2SO4酸化的KMnO4溶液

c 碘水、淀粉溶液

d 氨水、酚酞试液

（4）滤渣的主要成分有____。

（5）若要从MnSO4溶液中得到高纯硫酸锰必须进行的实验操作顺序是____（用字母填空）。

a 过滤洗涤　　 b 蒸发浓缩　　 c 冷却结晶　　 d 干燥

（6）已知：pH =7.1时Mn（OH）2开始沉淀。室温下，除去MnSO4溶液中的Fe3+、Al3+（使其浓度均小于1×10 -6mol/L），需调节溶液pH范围为____

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2019年诺贝尔化学奖颁发给三位开发锂离子电池的科学家。锂离子电池正极材料是决定其性能的关键．

（1）锰酸锂(LiMn2O4)电池具有原料成本低、合成工艺简单等优点。Li+能量最低的激发态离子的电子排布图为________，该晶体结构中含有Mn4+，基态Mn4+核外价层电子占据的轨道数为__________________个。

（2）磷酸铁锂(LiFePO4)电池安全、充电快、使用寿命长，其中P原子的杂化方式为__________________，阴离子的空间结构为__________________。

（3）三元正极材料掺杂Al3+可使其性能更优，第四电离能：Mn__________________Al(填“大于”“小于”)，原因是__________________。

（4）铋化锂被认为是很有潜力的正极材料，晶胞结构如图所示。

①晶胞可以看作是由铋原子构成的面心立方晶格，锂原子填充在其中的四面体和八面体空隙处。晶体的化学式为__________________，图中铋原子坐标参数：A为(0，0，0)，　　 B为(0，1，1)，C为__________________。

②若晶胞参数为anm，则铋原子的半径为__________________nm，八面体间隙中的锂原子与四面体间隙中的锂原子之间的最短距离为__________________nm。

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稀硫酸酸化后的软锰矿（主要成分为MnO2）悬浊液可用于吸收燃煤尾气中的SO2，得到MnSO4, MnSO4可与KMnO4反应制备电池材料MnO2，同时生成H2SO4。下列用来解释事实的方程式不正确的是（　　 ）

A．MnO2吸收SO2的反应：

B．MnO2作为碱性电池正极材料时的放电反应：

C．MnSO4与KMnO4反应制备

D．尾气中的SO2 还可用足量的氨水吸收：

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