【题目】今年6月比亚迪正式发布刀片电池,大幅度提高了电动汽车的续航里程可媲美特斯拉,刀片电池采用磷酸铁锂技术。可利用钛铁矿[主要成分为FeTiO3(难溶性亚铁盐),还含有少量MgO等杂质]来制备LiFePO4和Li4Ti5O12等锂离子电池的电极材料,工艺流程如图:
回答下列问题:
(1)“酸浸”后,钛主要以TiOCl42-形式存在,写出相应反应的离子方程式 _______。
(2)TiO2xH2O沉淀与双氧水、氨水“反应”转化成(NH4)2Ti5O15溶液时,Ti元素的浸出率与反应温度的关系如图所示:
反应温度过高时,Ti元素浸出率变化的原因是 ________。
(3)“滤液②”中含有的金属离子是 _______;加入双氧水和磷酸使Fe3+恰好沉淀完全,即溶液中c(Fe3+)=1.0×10-5 mol·L-1,此时溶液中 c(PO43-)=________。(FePO4的 Ksp=1.3×10 -22)
(4)写出“高温煅烧②”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式______。
(5)Li2Ti5O15中Ti的化合价为+4,其中过氧键的数目为_____。
(6)作为刀片电池正极材料的磷酸铁锂在充、放电时的局部放大示意图如图,则正极电极反应式是_________。
【答案】FeTiO3+4H++4Cl-= Fe2++TiOCl42-+2H2O 温度过高时,由于双氧水分解与氨气逸出,Ti元素浸出率下降 Fe2+、Mg2+ 1.3×10 –17 molL 1 2FePO4+Li2CO3+H2C2O42LiFePO4+H2O↑+3CO2↑ 4 Li(1﹣x)FePO4+xLi++xe-=LiFePO4
【解析】
用钛铁矿(主要成分为FeTiO3,还含有少量MgO、SiO2等杂质)来制备Li4Ti5O12和LiFePO4,由制备流程可知,加盐酸过滤后的滤渣为SiO2,滤液①中含Mg2+、Fe2+、Ti4+,水解后过滤,沉淀为TiO2·xH2O,与双氧水反应Ti元素的化合价升高,生成(NH4)2Ti5O15,与LiOH反应后过滤得到Li2Ti5O15,再与碳酸锂高温反应生成Li4Ti5O12;水解后的滤液②中含Mg2+、Fe2+,双氧水可氧化Fe2+为Fe3+,在磷酸条件下反应产生FePO4沉淀,过滤分离出FePO4,高温煅烧②中发生2FePO4+Li2CO3+H2C2O42LiFePO4+H2O↑+3CO2↑,以此来解答。
(1)“酸浸”后,钛主要以TiOCl42-形式存在,相应反应的离子方程式为FeTiO3+4H++4Cl-= Fe2++TiOCl42-+2H2O;
(2)根据图示可知40℃时TiO2xH2O转化率最高,在低于40℃,TiO2xH2O转化反应速率随温度升高而增加,当温度超过40℃时,双氧水分解与氨气逸出导致TiO2xH2O转化反应速率下降;
(3)加入盐酸酸浸;FeTiO3反应产生Fe2+、TiOCl42-,MgO反应产生Mg2+,SiO2等杂质不溶于盐酸,过滤后的滤渣为SiO2,滤液①中含Mg2+、Fe2+、TiOCl42-,经水解后过滤,TiOCl42-形成沉淀为TiO2·xH2O,Mg2+、Fe2+仍然存在于滤液②中,所以“滤液②”中含有的金属离子是Mg2+、Fe2+;加入双氧水可将Fe2+氧化为Fe3+,Fe3+和磷酸反应形成FePO4沉淀,使Fe3+恰好沉淀完全,即溶液中c(Fe3+)=1.0×10-5 mol·L-1,由于FePO4的Ksp=1.3×10-22,所以此时溶液中c(PO43-)=mol/L=1.3×10-17mol/L;
(4)“高温煅烧②”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式为2FePO4+Li2CO3+H2C2O42LiFePO4+H2O↑+3CO2↑;
(5) Li2Ti5O15中Ti的化合价为+4,Li的化合价为+1价,由化合价的代数和为0可知,O元素的负价代数和为22,设过氧键的数目为x,则(x×2)×1+(15-x×2)×2=22,解得x=4,即过氧键数目为4;
(6)根据刀片电池正极材料的磷酸铁锂在充、放电时的局部放大示意图可知:正极得到电子,发生还原反应,则正极的电极反应式是:Li(1﹣x)FePO4+xLi++xe-=LiFePO4。
科目:高中化学 来源: 题型:
【题目】某一反应体系中有反应物和生成物共5种物质:H2S+HNO3→S+NO+H2O;下列说法中正确的是( )
A.该反应中的还原产物是S
B.若反应过程中转移了0.3 mol 电子,则氧化产物的质量9.6g
C.氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶3
D.反应后溶液的酸性明显增强
查看答案和解析>>
科目:高中化学 来源: 题型:
【题目】100 mL 0.3 mol·L-1 Na2SO4溶液和50 mL 0.2 mol·L-1 Al2(SO4)3溶液混合后,溶液中SO42-的物质的量浓度为( )
A. 0.20 mol·L-1B. 0.25 mol·L-1
C. 0.40 mol·L-1D. 0.50 mol·L-1
查看答案和解析>>
科目:高中化学 来源: 题型:
【题目】已知化学平衡、电离平衡、水解平衡和溶解平衡均符合勒夏特列原理。请回答下列问题:
(1)可逆反应FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)是炼铁工业中一个重要反应,其温度与平衡常数K的关系如下表:
T/K | 938 | 1 100 |
K | 0.68 | 0.40 |
若该反应在体积固定的密闭容器中进行,在一定条件下达到平衡状态,若升高温度,混合气体的平均相对分子质量__;充入氦气,混合气体的密度__(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)830℃,反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)的平衡常数K=1,在2L恒容反应器中发生上述反应,分别充入3molCO2、2molH2、1molCH3OH、4molH2O(g),反应向__方向进行。(填“正”、“逆”或“不移动”)
(3)25℃时,部分物质的电离平衡常数如表所示:
化学式 | CH3COOH | NH3·H2O | H2CO3 | H2SO3 |
电离平衡常数 | 1.7×10-5 | 1.7×10-5 | K1=4.3×10-7 K2=5.6×10-11 | K1=1.3×10-2 K2=6.3×10-8 |
①写出CH3COOH的电离方程式____,其电离平衡常数表达式K a=___;
②根据表中数据判断,浓度均为0.01mol·L-1的下列三种物质的溶液中,酸性最强的是___(填编号);将下列各溶液分别稀释100倍,pH变化最小的是___(填编号)。
A.CH3COOH B.H2CO3 C.H2SO3
查看答案和解析>>
科目:高中化学 来源: 题型:
【题目】香豆素-3-羧酸是一种重要的香料,常用作日常用品或食品的加香剂。
已知:
RCOOR′+ R″OH RCOOR″ + R′OH(R 代表烃基)
(1)A和B均有酸性,A 的结构简式__________;苯与丙烯反应的类型是_______。
(2)F 为链状结构,且一氯代物只有一种,则F 含有的官能团名称为__________。
(3)D→丙二酸二乙酯的化学方程式:_______。
(4)丙二酸二乙酯在一定条件下可形成聚合物 E,其结构简式为:________。
(5)写出符合下列条件的丙二酸二乙酯同分异构体的结构简式:________。
①与丙二酸二乙酯的官能团相同;
②核磁共振氢谱有三个吸收峰,且峰面积之比为 3:2:1;
③能发生银镜反应。
(6)丙二酸二乙酯与经过三步反应合成。
请写出中间产物的结构简式。
中间产物I__________;中间产物II___________。
查看答案和解析>>
科目:高中化学 来源: 题型:
【题目】聚氨酯类高分子材料PU用途广泛,其合成反应为n+(n+1)HO(CH2)4OH 。下列说法错误的是( )
A.的沸点高于
B.高分子材料PU在强酸、强碱条件下能稳定存在
C.合成PU的两种单体的核磁共振氢谱中均有3组吸收峰
D.以1,丁二烯为原料,可合成
查看答案和解析>>
科目:高中化学 来源: 题型:
【题目】由H、C、O、N、S、Cu等元素能形成多种物质。这些物质有许多用途。请回答下列问题:
(1)基态Cu原子的价电子有____种运动状态,未成对电子占据原子轨道的形状为______。
(2)碳和氢形成的最简单碳正离子CH3+,其中心原子碳原子的杂化类型为___________,该阳离子的空间构型为___________。
(3)CuO在高温时分解为O2和Cu2O,请从阳离子的结构来说明在高温时,Cu2O比CuO更稳定的原因是_________________________________。
(4)向盛有CuSO4溶液的试管中滴加少量氨水,现象是_____,离子反应方程式为____;继续滴加氨水至过量得到深蓝色溶液。经测定深蓝色是由于存在[Cu(NH3)4]SO4。其阳离子的结构式为___________,中心原子的配位数为___________。
(5)金属晶体铜的晶胞如图所示。其堆积模型是___________,铜原子间的最短距离为apm,密度为ρg·cm-3,NA为阿伏加德罗常数。铜的相对原子质量为___________(用a、ρ、NA表示,写出计算式即可)。
查看答案和解析>>
科目:高中化学 来源: 题型:
【题目】下列关于有机化合物的说法正确的是( )
A.2-甲基丁烷也称异丁烷
B.C4H9Cl有3种同分异构体
C.正丁烷的4个碳原子可以在同一直线上
D.甲烷、乙烷、丙烷的结构都只有一种
查看答案和解析>>
科目:高中化学 来源: 题型:
【题目】向仅含SO32-、I-、Br-且物质的量分别为m、n、6 mol 的钠盐溶液中通入适量氯气,溶液中这三种离子的物质的量的变化如图所示。下列说法中正确的是( )
A.曲线Ⅱ代表Br-的变化情况
B.曲线Ⅰ对应的反应:SO32-+Cl2+H2O=2H++SO42-+2Cl-
C.通入的氯气为5 mol时,溶液中的主要阴离子为Cl-、SO32-
D.溶液中n(Na+)=n(SO32-)+n(I-)+n(Br-)
查看答案和解析>>
湖北省互联网违法和不良信息举报平台 | 网上有害信息举报专区 | 电信诈骗举报专区 | 涉历史虚无主义有害信息举报专区 | 涉企侵权举报专区
违法和不良信息举报电话:027-86699610 举报邮箱:58377363@163.com