【题目】2019年诺贝尔化学奖授予在开发锂离子电池方面做出卓越贡献的三位化学家。锂离子电池的广泛应用要求处理电池废料以节约资源、保护环境。采用湿法冶金工艺回收废旧磷酸亚铁锂电池正极片(由Al箔、LiFePO4活性材料、少量不溶于酸碱的导电剂组成)中的资源,部分流程如图:
已知:Ksp(Li2CO3)=1.6×10-3。部分物质的溶解度(S)如表所示:
T/℃ | S(Li2CO3)/g | S(Li2SO4)/g | S(Li3PO4)/g | S(LiH2PO4)/g |
20 | 1.33 | 34.2 | 0.039 | 126 |
80 | 0.85 | 30.5 | —— | —— |
(1)将回收的废旧锂离子电池进行预放电、拆分破碎、热处理等预处理,筛分后获得正极片。下列分析你认为合理的是__________。
A.废旧锂离子电池在处理之前需要进行彻底放电,否则在后续处理中,残余的能量会集中释放,可能会造成安全隐患。
B.预放电时电池中的锂离子移向负极,不利于提高正极片中锂元素的回收率。
C.热处理过程可以除去废旧锂离子电池中的难溶有机物、碳粉等。
(2)写出碱溶时主要发生反应的离子方程式:________。
(3)为提高酸浸的浸出率,除粉碎、搅拌、升温外,还可采用的方法有______。(写出一种即可)
(4)酸浸时产生标况下3.36 L NO时,溶解LiFePO4________mol(其他杂质不与HNO3反应)。
(5)若滤液②中c(Li+)=4 mol·L-1,加入等体积的Na2CO3后,沉淀中的Li元素占原Li元素总量的90%,计算滤液③中c(CO32-)=__________mol/L。
(6)流程中用“热水洗涤”的原因是________。
(7)工业上将回收的Li2CO3、FePO4粉碎与足量炭黑混合高温灼烧再生制备LiFePO4,写出反应的化学方程式:_________。
【答案】AC 2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑ 适当增大硫酸的浓度 0.45 0.04 Li2CO3的随温度升高而减小,热水洗涤可减小Li2CO3的溶解 2FePO4+Li2CO3+2C2LiFePO4+3CO↑
【解析】
废旧磷酸亚铁锂电池正极片主要为Al箔、LiFePO4活性材料、少量不溶于酸碱的导电剂组成,加氢氧化钠溶液浸泡,将铝溶解,过滤后得到的滤液中含有偏铝酸钠,滤渣为LiFePO4,加硫酸、硝酸,除去不溶于酸碱的导电剂,调节pH生成FePO4沉淀,滤液中加入饱和碳酸钠,生成碳酸锂沉淀。
(1)A. 废旧锂离子电池中大都残余部分电量,在处理之前需要进行彻底放电,否则在后续处理中,残余的能量会集中释放出大量的热量,可能会造成安全隐患等不利影响,A合理;
B. 放电是原电池原理,阳离子向正极移动,电池中的锂离子移向正极,B不合理;
C. 热处理的过程重要是为了除去废旧锂离子电池中难溶的有机物、碳粉等,以及关于电极材料和集流体的分离,C合理;故答案为:AC;
(2)碱溶时,Al与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和氢气,其反应的离子方程式为:2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑;故答案为:2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑;
(3)提高酸浸的浸出率,除粉碎、搅拌、升温外,还可采用适当增大硫酸的浓度;故答案为:适当增大硫酸的浓度;
(4)酸浸时NHO3转化为NO,标况下3.36 L NO为0.15mol,产生1molNO,转移3mol电子,则生成0.15molNO,转移0.45mol电子,
LiFePO4与硝酸反应生成FePO4,铁元素的化合价由+2价变为+3价,溶解1mol LiFePO4,转移1mol电子,则转移0.45mol电子,溶解0.45mol LiFePO4,故答案为:0.45;
(5)混合后溶液中含有的c(Li+)= 4 mol·L-1×(1-90)×=0.2mol/L,已知Ksp(Li2CO3)==1.6×10-3,则滤液③中
c(CO32-)=;故答案为:0.04;
(6)根据表格可知,Li2CO3的随温度升高而减小,热水洗涤可减小Li2CO3的溶解;故答案为:Li2CO3的随温度升高而减小,热水洗涤可减小Li2CO3的溶解;
(7)Li2CO3、FePO4与足量炭黑高温灼烧生成LiFePO4的化学方程式为:2FePO4+Li2CO3+2C2LiFePO4+3CO↑;故答案为:
2FePO4+Li2CO3+2C2LiFePO4+3CO↑。
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【题目】某研究性学习小组,为研究光化学烟雾消长规律,在一烟雾实验箱中,测得烟雾的主要成分为RH(烃)、NO、NO2、O3、PAN(CH3COOONO2),各种物质的相对浓度随时间的消失,记录于下图,根据图中数据,下列推论最不合理的是
A.NO的消失的速率比RH快
B.NO转化为NO2
C.RH和NO2转化为PAN和O3
D.O3转化为PAN
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【题目】根据图海水综合利用的工业流程图判断,下列说法正确的是
A.过程①中将MgCl2·6H2O灼烧即可制得无水MgCl2
B.在工业上可用电解MgCl2溶液的方法生产金属镁
C.过程③反应后溶液呈强酸性,故生产中需解决其对金属设备的腐蚀问题
D.氯碱工业生产中适当增加电流强度可增大电解反应的转化率
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【题目】研究碳、氮、硫等元素化合物的性质或转化对建设生态文明、美丽中国具有重要意义。
(1)海水中无机碳的存在形式及分布如图所示,用离子方程式表示海水呈弱碱性的主要原因______________________。已知春季海水pH=8.1,预测冬季海水碱性将会_______(填“增强”或“减弱”),理由是_________________。
(2)工业上以CO和H2为原料合成甲醇的反应:CO(g)+2H2(g)===CH3OH(g) ΔH<0,在容积为1L的恒容容器中,分别在T1、T2、T3三种温度下合成甲醇。如图是上述三种温度下不同H2和CO的起始组成比(起始时CO的物质的量均为1mol)与CO平衡转化率的关系。下列说法正确的是________(填字母)。
A.a、b、c三点H2转化率:c>a>b
B.上述三种温度之间关系为T1>T2>T3
C.c点状态下再通入1molCO和4molH2,新平衡中H2的体积分数增大
D.a点状态下再通入0.5molCO和0.5molCH3OH,平衡不移动
(3)NO加速臭氧层被破坏,其反应过程如下图所示:
①NO的作用是_________________。
②已知:O3(g)+O(g)===2O2(g) ΔH=-143kJ·mol-1
反应1:O3(g)+NO(g)===NO2(g)+O2(g) ΔH1=-200.2kJ·mol-1 。
反应2:热化学方程式为____________________________。
(4)若将CO和NO按不同比例投入一密闭容器中发生反应:2CO(g)+2NO(g)=N2(g)+2CO2(g) ΔH=-759.8kJ·mol -1,反应达到平衡时,N的体积分数随n(CO)n(NO)的变化曲线如下图。
①b点时,平衡体系中C、N原子个数之比接近________。
②a、b、c三点CO的转化率从小到大的顺序为________;b、c、d三点的平衡常数从大到小的顺序为__________。
③若n(CO)n(NO)=0.8,反应达平衡时,N的体积分数为20%,则NO的转化率为_____。
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【题目】常温下,在下列给定条件的溶液中,一定能大量共存的离子组是( )
A.滴加甲基橙试剂显红色的溶液中:Na+、Fe2+、Cl-、NO3-
B.含有大量Al3+的水溶液中:Na+、NH4+、HCO3-、Br-
C.=0.1mol·L-1的溶液:Na+、K+、SO32-、NO3-
D.水电离产生的c(H+)为1×10-l2mol·L-1的溶液:AlO2-、Na+、Cl-、CO32-
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【题目】有下列六种物质的溶液:①Na2CO3 ②Al2(SO4)3 ③CH3COOH ④NaHCO3 ⑤HCl ⑥Al(OH)3
(1)pH值相同的③和⑤,分别用蒸馏水稀释至原来的倍和倍,稀释后两溶液的值仍然相同,则______(填“<”或“>”或“=”)
(2)室温下,值为11的①溶液中,由水电离出来的c(OH—)=______
(3)写出①溶液的电荷守恒:____________。
(4)写出⑥的酸式电离方程式:________________
(5)用②和④的溶液可以制作泡沫灭火剂,其原理为:________________(用离子方程式解释)
(6)已知反应NH4++HCO3-+H2ONH3·H2O+H2CO3,该反应平衡常数K=_____。(已知常温下NH3·H2O的电离平衡常数Kb=2×10-5,H2CO3的电离平衡常数Ka1=4×10-7,Ka2=4×10-11)
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【题目】某校化学学习小组设计实验对化学反应速率和限度有关问题进行探究:
I.甲小组用如图所示装置进行镁粉分别与盐酸、醋酸(均为0.1mol/L40.00mL)的反应,请回答相关问题:
①每次实验至少需要用电子天平(能称准1mg)称取镁粉___g;
②装置中有刻度的甲管可以用代替___(填仪器名称),按图连接好装置后,检查装置气密性的方法是___。实验结束后读取气体体积时应该注意的问题是___(至少回答两点)。
II.乙小组为比较Fe3+和Cu2+对H2O2分解的催化效果,设计了如图甲、乙所示的实验。请回答相关问题:
①定性分析:如图甲可通过观察___(填现象),定性比较得出结论。有同学提出将FeCl3溶液改为___(写出试剂及物质的量浓度)更为合理,其理由是___。
②定量分析:如图乙所示,实验时均以生成40mL气体为准,其它可能影响实验的因素均已忽略。实验中还需要测量的数据是___。
III.丙小组设计实验探究KI溶液和FeCl3溶液反应存在一定的限度。已知该反应为:2Fe3++2I-=2Fe2++I2。请完成相关的实验步骤和现象。实验步骤如下:
①取5mL0.1molL-1KI溶液,再滴加56滴(约0.2mL)0.1molL-1FeCl3溶液
②充分反应后,将溶液分成两份
③取其中一份,滴加试剂CCl4,用力振荡一段时间,CCl4层出现紫红色,说明反应生成碘。
④另取一份,滴加试剂___溶液(填试剂名称),若现象___,则说明该反应有一定的限度。
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【题目】如图中C%表示某反应物在体系中的百分含量,v表示反应速率,p表示压强,t表示反应时间。图(A)为温度一定时,压强与反应速率的关系曲线;图(B)为压强一定时,在不同时间C%与温度的关系曲线。同时符合以下两个图像的反应是( )
A B
A.4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) ΔH<0
B.N2O3(g)NO2(g)+NO(g) ΔH>0
C.3NO2(g)+H2O(l)2HNO3(l)+NO(g) ΔH<0
D.CO2(g)+C(s)2CO(g) ΔH>0
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【题目】室温下,用0.100mol·L-1的NaOH溶液分别滴定均为20.00mL0.100mol·L-1的HCl溶液和醋酸溶液,滴定曲线如图所示。下列说法正确的是
A. I表示的是滴定醋酸的曲线
B. pH =7时,滴定醋酸消耗的V(NaOH)>20.00mL
C. V(NaOH)= 20.00mL时,两份溶液中c(Cl-)>c(CH3COO-)
D. V(NaOH)=10.00mL时,醋酸中c(Na+)>c(CH3COO-)>c(H+)>c(OH-)
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