【题目】锰酸锂离子蓄电池是第二代锂离子动力电池。一种以软锰矿浆(主要成分为MnO2,含少量 Fe2O3、FeO、A12O3、SiO2等杂质)为原料制备锰酸锂的流程如下图所示。
(1)溶浸生产中为提高SO2回收率可采取的措施有_________(填序号)
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.减少软锰矿浆的进入量
d.减小通入SO2的流速
(2)已知:室温下,Ksp[A1(OH)3]=1×10-33,Ksp[Fe(OH)3]=l×10-39, pH=7.1 时 Mn(OH)2开始沉淀。氧化除杂时(室温)除去MnSO4液中的Fe3+、Al3+(使其浓度小于1× l0-6mol /L),需调节溶液pH范围为_______。
(3)由硫酸锰与K2S2O8溶液常温下混合一周,慢慢得到球形二氧化锰(MnO2)。请写出发生反应的离子方程式___________。
(4)将MnO2和 Li2CO3按4:1的物质的量比配料,混合搅拌,然后升温至600℃750℃,制取产品LiMn2O4。写出该反应的化学方程式 _____________ 。
(5)锰酸锂可充电电池的总反应为:Li1-xMn2O4+LixCLiMn2O4+C(0<x<1)
①充电时,电池的阳极反应式为_________,若此时转移lmole-,则石墨电极将增重______g。
②废旧锰酸锂电池可能残留有单质锂,拆解不当易爆炸、着火,为了安全,对拆解环境的要求是________。
【答案】ad 5.0<pH<7.1 Mn2++S2O82-+2H2O=MnO2↓+4H++2SO42- 8MnO2+2Li2CO34LiMn2O4+2CO2↑+O2↑ LiMn2O4-xe-=Li1-xMn2O4+xLi+ 7 拆解环境保持干燥,拆解下的锂隔绝空气保存
【解析】
软锰矿主要成分为MnO2,含少量Fe2O3、FeO、Al2O3和极少量铜的化合物等杂质,利用软锰矿浆脱含硫烟气中SO2,发生反应MnO2+SO2=MnSO4,2Fe3++SO2+2H2O=2Fe2++SO42-+4H+,步骤Ⅱ中在浸出Ⅰ中加入氧化剂将亚铁离子氧化为铁离子,加入氨水调节溶液pH沉淀Fe3+、Al3+便于除去,过滤得到滤液含有的Mn2+的溶液中加入K2S2O8可将Mn2+氧化为MnO2,K2S2O8被还原为K2SO4,MnO2与Li2CO3在一定温度下发生反应,产生LiMn2O4、CO2、O2,据此分析解答。
(1) a.不断搅拌,使SO2和软锰矿浆充分接触,这样SO2就会更多转化为SO42-,a正确;
b.增大通入SO2的流速,可能会导致部分SO2未来得及反应就逸出,物质的产率降低,b错误;
c.减少软锰矿浆的进入量,SO2可能回收率不能及时参加反应,导致回收率降低,c错误;
d.减小通入SO2的流速,SO2能尽可能充分反应,回收率增大,d正确;
故合理选项是ad;
(2)除杂时显然只能除去Fe3+和Al3+,不能损失Mn2+,由题意可知,室温下,pH=7.1时Mn(OH)2开始沉淀,除去MnSO4溶液中的Fe3+、Al3+,氢氧化铝完全变成沉淀时的Ksp[Al(OH)3]= 1×10-33=c(Al3+)c3(OH-),c(Al3+)=1×10-6mol/L,解得: c(OH-)=1×10-9 mol/L,则溶液c(H+) =l×10-5 mol/L ,则pH=5;同理Fe(OH)3完全变成沉淀时,Ksp[Fe(OH)3]= l×10-39=c(Fe3+)c3(OH-),c(Fe3+)=1×10-6mol/L,解得: c(OH-)=1×10-11 mol/L,c(H+) =l×10-3 mol/L ,则pH约为3,故pH范围是:5.0<pH<7.1;
(3)由题意可知,反应物为MnSO4和K2S2O8,生成物之一为MnO2,再根据化合价升降相等和原子守恒配平,则发生反应的离子反应方程式为Mn2++S2O82-+2H2O=MnO2↓+2SO42-+4H+。
(4) MnO2和Li2CO3反应后只有Mn的价态降低,必然有元素的化合价升高,C元素处在最高价态,不能升高,则只能是O元素价态升高,所以还有O2生成。根据电子守恒、原子守恒,可得该反应的方程式为:8MnO2+2Li2CO34LiMn2O4+2CO2↑+O2↑;
(5)①放电时,电池的正极发生还原反应,反应式为Li1-xMn2O4+xLi++xe-=LiMn2O4 ,充电时电池的阳极反应式为:LiMn2O4-xe-=Li1-xMn2O4+xLi+; 此时,石墨电极上发生的反应为C+xe-+xLi+=LixC,则转移lmole-石墨电极将增重的质量为1molLi+的质量,由于Li摩尔质量是7g/mol,所以1molLi+的质量是7.0g。
②废旧锰酸锂电池可能残留有单质锂,锂化学性质活泼,锂可与空气中的O2和H2O反应,对拆解的要求是:隔绝空气和水分。
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【题目】微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如图所示,下列说法正确的是
A. 电子从b流出,经外电路流向a
B. HS-在硫氧化菌作用下转化为SO42-的反应是HS-+4H2O-8e-=SO42-+9H+
C. 如果将反应物直接燃烧,能量的利用率不会变化
D. 若该电池电路中有0.4mol电子发生转移,则有0.5molH+通过质子交换膜
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【题目】氢能被视为最具发歸力的清洁能源,开发新型储氣材料是氢能利用的重要研究方向。请回答下列问题:
Ⅰ.化合物A(H3BNH3)是一种潜在的储氢材料,可由六元环状物质(HB=NH)3通过如 下反应制得:3CH4+2 (HB=NH) 3+6H2O=3CO2+6H3BNH3
(1)基态B原子的价电子排布式为___________,B、C, N, O第一电离能由大到小的顺序为_________,CH4、H2O、CO2的键角按照由大到小的顺序排列为___________。
(2)与(HB=NH)3,互为等电子体的有机分子为___________(填分子式)。
Ⅱ.氢气的安全贮存和运输是氢能应用的关键。
(1)印度尼赫鲁先进科学研宄中心的Datta和Pati等人借助ADF软件对一种新 型环烯类储氢材料(C16S8)进行研宄,从理论角度证明这种材料的分子呈平面结构(如图),每个杂环平面上下两侧最多可吸附10个H2分子。
①C16S8分子中C原子和S原子的杂化轨道类型分别为___________。
②相关键长数据如表所示:
化学键 | C-S | C=S | C16S8中碳硫键 |
键长/pm | 181 | 155 | 176 |
从表中数据看出,C16S8中碳硫键键长介于C—S键与C=S键之间,原因可能______________________。
③C16S8与H2微粒间的作用力是___________。
(2)有储氢功能的铜合金晶体具有立方最密堆积结构,晶胞中Cu原子位于面心,Ag 原子位于顶点,氢原子可进到由Cu原子与Ag原子构成的四面体空隙中。该晶体储氢后的晶胞结构与CaF2(如图)相似,该晶体储氢后的化学式为___________。
(3)MgH2是金属氢化物储氢材料,其晶胞如上图所示,该晶体的密度为agcm-3,则晶胞的体积为___________cm3(用含a、NA的代数式表示,NA表示阿伏加德罗常数的值)。
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【题目】298K时,用0.1000mol/L NaOH溶液滴定20.00mL同浓度的甲酸溶液过程中溶液pH与NaOH溶液体积的关系如图所示(已知:HCOOH溶液的Ka=l.0×10-4.0)
下列有关叙述正确的是
A. 该滴定过程应该选择甲基橙作为指示剂
B. 图中a、b两点氷的电离程度:b>a
C. 当加入10.00mL NaOH溶液时,溶液中:c(HCOO)>c(H+)>c(Na+)>c(OH)
D. 当加入20.00mL NaOH溶液时,溶液pH>8.0
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【题目】观察下列A、B、C、D、E五种粒子(原子或离子)的结构示意图,用化学用语回答下列有关问题。
(1)其中属于阴离子的是_____;
(2)其中化学性质最稳定的是_____;
(3)已知A元素的某种核素的中子数为18,该核素的符号是_____;
(4)某元素的原子核外有3个电子层,最外层比次外层少2个电子,该元素的离子结构示意图为_____。
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【题目】下列说法不正确的是
A. 已知冰的熔化热为6.0kJ·mol-1,冰中氢键键能为20kJmol-1,假设每摩尔冰中有2mol氢键,且熔化热完全用于打破冰的氢键,则最多只能破坏冰中15%的氢键
B. 已知一定温度下,醋酸溶液的物质的量浓度为c,电离度为a,Ka=(ca)2/c(1-a)。若加水稀释,,则CH3COOHCH3COO-+H+向右移动,a增大,Ka不变
C. 甲烷的标准燃烧热为-890.3kJ·mol-1,则甲烷燃烧的热化学方程式可表示为:CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=-890.3kJ·mol-1
D. 500℃、30MPa下,将0.5molN2和1.5molH2置于密闭的容器中充分反应生成NH3(g),放热19.3kJ,其热化学方程式为:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H=-38.6kJ·mol-1
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【题目】A、B、C、D、E、F、G均为常见的有机物,它们之间有如下转化关系。已知:①A是一种植物生长调节剂,有催熟作用;②醛基在氧气中易被氧化成羧基。回答下列问题:
(1)A和B中官能团名称分别是___和___。
(2)在F的众多同系物中:最简单的同系物其空间构型为___;含5个碳原子的同系物其同分异构体有___种,其中一氯代物种类最少的同系物的结构简式为___。
(3)反应⑥和⑦均可得到G,要制备得到较纯净的G,应该选用反应_____。
(4)反应①﹣⑦属取代反应的有___;反应④中,浓硫酸的作用是___。反应②的化学方程式为___。
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【题目】反应①2H2O(l)2H2(g)+O2(g)+Q1和反应②2H2O(l)
2H2(g)+O2(g)+Q2,都是分解得到H2和O2,下列判断错误的是( )
A. 反应①中太阳能转化为化学能B. 反应②中电能转化为化学能
C. Q1>0、Q2<0D. Q1=Q2
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