2019年诺贝尔化学奖颁给了为锂电池发展作出突出贡献的三位科学家。某废旧锂电池正极主要由LiFePO₄、铝箔、炭黑等组成，Fe、Li、P具有极高的回收价值，具体流程如下：

（1）过程ⅰ生成NaAlO₂溶液离子方程式是__。

（2）过程ⅱ中HCl/H₂O₂的作用是__。

（3）浸出液X的主要成分为 Li⁺、Fe³⁺、H₂PO₄^-等。过程ⅲ控制碳酸钠溶液浓度20%、温度85 ℃、反应时间3 h条件下，探究pH对磷酸铁沉淀的影响，如图所示。

①综合考虑铁和磷沉淀率，最佳pH为__。

②结合平衡移动原理，解释过程ⅲ中pH增大，铁和磷沉淀率增大的原因__。

③当pH＞2.5后，随pH增加，磷沉淀率出现了减小的趋势，解释其原因__。

（4）LiFePO₄可以通过(NH₄)₂Fe(SO₄)₂、H₃PO₄与LiOH溶液发生共沉淀反应制取，共沉淀反应的化学方程式为__。

答案

【答案】    (1). 2Al＋2OH^-＋2H₂O=2AlO₂^-＋3H₂↑    (2). 溶解LiFePO₄，将Fe²⁺氧化为Fe³⁺（2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O）    (3). 2.5    (4). H₂PO₄^-HPO₄^2-+H⁺，HPO₄^2-PO₄^3-+H⁺，加入Na₂CO₃后，CO₃^2-结合H⁺使c(H⁺)减小，促进上述电离平衡正向移动，c(PO₄³⁻)增大，与Fe³⁺结合形成磷酸铁沉淀（或者：H₂PO₄^-HPO₄^2-+H⁺，HPO₄^2-PO₄^3-+H⁺，溶液pH增大，c(H⁺)减小，促进上述电离平衡正向移动，c(PO₄^3-)增大，与Fe³⁺结合形成磷酸铁沉淀    (5). pH＞2.5时，沉淀中的磷酸铁会有部分开始转变生成Fe(OH)₃，使得部分PO₄^3-释放，导致磷沉淀率下降    (6). (NH₄)₂Fe(SO₄)₂+H₃PO₄+LiOH=2NH₄HSO₄+LiFePO₄↓+H₂O或(NH₄)₂Fe(SO₄)₂+H₃PO₄+3LiOH=(NH₄)₂SO₄+Li₂SO₄+LiFePO₄↓+3H₂O

【解析】

【分析】

含LiFePO₄、铝箔、炭黑的废旧锂电池，用NaOH溶解后过滤，滤液为NaAlO₂溶液，滤渣为LiFePO₄和炭黑，再用盐酸酸化的H₂O₂溶解滤渣并过滤，得到主要成分为 Li⁺、Fe³⁺、H₂PO₄^-等的溶液X，向X中加入Na₂CO₃溶液，有FePO₄•2H₂O析出，过滤的滤液主要是LiCl，再加入饱和Na₂CO₃溶液，再过滤即可得到LiCO₃粗产品，据此分析解题。

【详解】(1)过程ⅰAl溶于NaOH溶液生成NaAlO₂和H₂，发生反应的离子方程式是2Al＋2OH^-＋2H₂O=2AlO₂^-＋3H₂↑；

(2)过程ⅱ是除铝后料中加入盐酸酸化的H₂O₂，过滤后得到主要成分为 Li⁺、Fe³⁺、H₂PO₄^-等的溶液X，由知HCl/H₂O₂的作用是溶解LiFePO₄，将Fe²⁺氧化为Fe³⁺；

(3)①分析图中数据可知，当pH=2.5时磷的沉淀率最高，铁的沉淀率较高，则过程ⅲ选择的最佳pH为2.5；

②已知溶液X中存在H₂PO₄^-的电离平衡，即H₂PO₄^-HPO₄^2-+H⁺，HPO₄^2-PO₄^3-+H⁺，过程ⅲ中当加入Na₂CO₃后，CO₃^2-结合H⁺使c(H⁺)减小，促进上述电离平衡正向移动，c(PO₄³⁻)增大，与Fe³⁺结合形成磷酸铁沉淀，提高了铁和磷沉淀率；

③已知FePO₄(s)Fe³⁺(aq)+ PO₄^3-(aq)，当pH＞2.5后，随pH增加，溶液中c(OH^-)增大，Fe³⁺开始转变生成Fe(OH)₃，促进溶解平衡正向移动，使得部分PO₄^3-释放，导致磷沉淀率下降；

(4)(NH₄)₂Fe(SO₄)₂、H₃PO₄与LiOH溶液混合生成LiFePO₄，同时得到(NH₄)₂SO₄和Li₂SO₄，结合原子守恒，发生反应的化学方程式为 (NH₄)₂Fe(SO₄)₂+H₃PO₄+LiOH=2NH₄HSO₄+LiFePO₄↓+H₂O。