【題目】2019年諾貝爾化學獎授予約翰·古迪納夫、斯坦利·威廷漢和吉野彰,表彰他們對鋰離子電池研究的貢獻。磷酸亞鐵鋰(LiFePO4)電池是新能源汽車的動力電池之一。采用濕法冶金工藝回收廢舊磷酸亞鐵鋰電池正極片(除LiFePO4外,還含有Al箔、少量不溶于酸堿的導電劑)中的資源,部分流程如圖:
已知:Ksp ( Li2CO3)=1.6×10-3 。部分物質(zhì)的溶解度(S)如下表所示:
T℃ | S(Li2CO3)/g | S(Li2SO4)/g | S(Li3PO4)/g |
20 | 1.33 | 34.2 | 0.039 |
80 | 0.85 | 30.5 | —— |
100 | 0.72 | —— |
(1)從“正極”可以回收的金屬有___。
(2)寫出堿溶時Al箔溶解的離子方程式___。
(3)磷酸亞鐵鋰電池在工作時,正極發(fā)生LiFePO4和FePO4的轉(zhuǎn)化,該電池充電時正極的電極反應式為___。
(4)酸浸時產(chǎn)生標準狀況下3.36LNO時,溶解 LiFePO4___mol(其他雜質(zhì)不與HNO3反應),若用H2O2代替HNO3,發(fā)生反應的離子方程式為___。
(5)流程中用“熱水洗滌”的原因是___。
(6)若濾液②中c(Li+)=4mol/L,加入等體積的Na2CO3后,Li+的沉降率到90%,計算濾液③中c(CO32-)=___mol/L。
(7)“沉淀”時___(填“能”或“不能”)用Na2SO4溶液代替飽和Na2CO3溶液,原因是___。
【答案】Li、Fe、Al 2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑ LiFePO4 -e-=FePO4+Li+ 0.45 H2O2+2H++2Fe2+=2Fe3++2H2O或H2O2+8H++2LiFePO4=2Fe3++2H2O+2H3PO4+2Li+ Li2CO3的溶解度隨溫度升高而減小,熱水洗滌可減少Li2CO3的溶解 0.04 不能 Li2SO4為易溶物
【解析】
正極片經(jīng)堿溶可得到NaAlO2濾液,含有磷酸亞鐵鋰的濾渣加入硫酸、硝酸,可除去不溶于酸堿的導電劑,得到含有P、Fe、Li的濾液,加入堿液調(diào)節(jié)pH值,生成的沉淀為FePO4,濾液加入碳酸鈉,可生成碳酸鋰沉淀,以此解答該題。
(1)根據(jù)分析流程,堿溶可得到NaAlO2濾液,調(diào)節(jié)pH值,生成的沉淀為FePO4,加入碳酸鈉,可生成Li2CO3沉淀,可判斷從“正極”可以回收的金屬;
(2)堿溶時Al箔與氫氧化鈉反應生成偏鋁酸鈉和氫氣;
(3)磷酸亞鐵鋰電池在工作時,正極發(fā)生還原反應,電極反應式為:FePO4+e-+Li+= LiFePO4該電池充電時正極變?yōu)殛枠O,失電子發(fā)生氧化反應,將放電時正極反應倒寫即為陽極電極反應式;
(4)酸浸時HNO3轉(zhuǎn)化為NO,產(chǎn)生標準狀況下3.36LNO的物質(zhì)的量為=0.15mol,產(chǎn)生1molNO,轉(zhuǎn)移3mol電子,則生成0.15molNO轉(zhuǎn)移0.45mol電子,LiFePO4與硝酸反應轉(zhuǎn)化為FePO4,Fe的化合價由+2價變?yōu)?/span>+3價,溶解1mol LiFePO4轉(zhuǎn)移1mol電子,則轉(zhuǎn)移0.45mol電子,溶解 LiFePO40.45mol;若用H2O2代替HNO3,H2O2與LiFePO4發(fā)生氧化還原反應;
(5)根據(jù)表格數(shù)據(jù)已知條件可得,Li2CO3的溶解度隨溫度升高而減小,熱水洗滌可減少Li2CO3的溶解;
(6)若濾液②中c(Li+)=4mol/L,加入等體積的Na2CO3后,Li+的沉降率到90%,混合后溶液中含有的c(Li+)=4mol/L×(1-90%)×=0.2mol/L,已知:Ksp ( Li2CO3)= c2 (Li+)·c(CO32-)=1.6×10-3,進而計算c(CO32-);
“沉淀”時不能用Na2SO4溶液代替飽和Na2CO3溶液,原因是Li2SO4為易溶物,最終得不到Li2CO3沉淀。
(1)根據(jù)分析流程,堿溶可得到NaAlO2濾液,調(diào)節(jié)pH值,生成的沉淀為FePO4,加入碳酸鈉,可生成Li2CO3沉淀,因此從“正極”可以回收的金屬有Li、Fe、Al,
答案為:Li、Fe、Al;
(2)堿溶時Al箔與氫氧化鈉反應,溶解的離子方程式2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑,
答案為:2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑;
(3)磷酸亞鐵鋰電池在工作時,正極發(fā)生還原反應,電極反應式為:FePO4+e-+Li+= LiFePO4該電池充電時正極變?yōu)殛枠O,失電子發(fā)生氧化反應,將放電時正極反應倒寫即為陽極電極反應式為LiFePO4=FePO4+Li++e-,
答案為:LiFePO4 -e-=FePO4+Li+;
(4)酸浸時HNO3轉(zhuǎn)化為NO,產(chǎn)生標準狀況下3.36LNO的物質(zhì)的量為=0.15mol,產(chǎn)生1molNO,轉(zhuǎn)移3mol電子,則生成0.15molNO轉(zhuǎn)移0.45mol電子,LiFePO4與硝酸反應轉(zhuǎn)化為FePO4,Fe的化合價由+2價變?yōu)?/span>+3價,溶解1mol LiFePO4轉(zhuǎn)移1mol電子,則轉(zhuǎn)移0.45mol電子,溶解 LiFePO40.45mol;若用H2O2代替HNO3,H2O2與LiFePO4發(fā)生氧化還原反應,反應的離子方程式為H2O2+2H++2Fe2+
答案為:0.45;H2O2+2H++2Fe2+=2Fe3++2H2O或H2O2+8H++2LiFePO4=2Fe3++2H2O+2H3PO4+2Li+;
(5)根據(jù)表格數(shù)據(jù)可得,Li2CO3的溶解度隨溫度升高而減小,熱水洗滌可減少Li2CO3的溶解,
答案為:Li2CO3的溶解度隨溫度升高而減小,熱水洗滌可減少Li2CO3的溶解;
(6)若濾液②中c(Li+)=4mol/L,加入等體積的Na2CO3后,Li+的沉降率到90%,混合后溶液中含有的c(Li+)=4mol/L×(1-90%)×=0.2mol/L,已知:Ksp ( Li2CO3)= c2 (Li+)·c(CO32-)=1.6×10-3,則濾液③中c(CO32-)===0.04 mol/L,
答案為:0.04;
(7)“沉淀”時不能用Na2SO4溶液代替飽和Na2CO3溶液,原因是Li2SO4為易溶物,最終得不到Li2CO3沉淀,
答案為:Li2SO4為易溶物。
科目:高中化學 來源: 題型:
【題目】“變化觀念與平衡思想”是化學學科的核心素養(yǎng),室溫時0.10mol/L草酸鈉溶液中存在多個平衡,其中有關說法正確的是(已知室溫時,Ksp(CaC2O4)=2.4×10-9)( )
A.若將溶液不斷加水稀釋,則水的電離程度增大
B.溶液中各離子濃度大小關系c(Na+)>c(C2O42-)>c(OH-)>c(H+)>c(HC2O4-)
C.若用pH計測得溶液的pH=a,則H2C2O4的第二級電離平衡常數(shù)Ka2=1013-2a
D.向溶液中加入等體積CaCl2溶液,當加入的CaCl2溶液濃度大于2.4×10-8mol/L時即能產(chǎn)生沉淀
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科目:高中化學 來源: 題型:
【題目】某溫度下,等體積、c(H+)相同的鹽酸和醋酸溶液分別加水稀釋,溶液中的c(H+)隨溶液體積變化的曲線如圖所示。據(jù)圖判斷下列說法正確的是
A.曲線Ⅱ表示的是鹽酸的變化曲線
B.b點溶液的導電性比c點溶液的導電性強
C.取等體積的a點、b點對應的溶液,消耗的NaOH的量相同
D.b點酸的總濃度大于a點酸的總濃度
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科目:高中化學 來源: 題型:
【題目】二甲醚(CH3OCH3)被稱為“21 世紀的清潔燃料”。利用甲醇脫水可制得二甲醚,反應方程式如下: 2CH3OH(g) CH3OCH3(g) + H2O(g) ΔH1
(1)二甲醚亦可通過合成氣反應制得,相關熱化學方程式如下:
2H2(g)+ CO(g) CH3OH(g) ΔH2
CO(g)+ H2O(g) CO2(g)+ H2(g) ΔH3
3H2(g)+ 3CO(g) CH3OCH3(g)+ CO2 (g) ΔH4
則ΔH1= ________(用含有ΔH2、ΔH3、ΔH4的關系式表示)。
(2)經(jīng)查閱資料,上述反應平衡狀態(tài)下 Kp 的計算式為: (Kp 為以分壓表示的平衡常數(shù),T 為熱力學溫度)。且催化劑吸附 H2O(g)的量會受壓強影響,從而進一步影響催化效率。)
①在一定溫度范圍內(nèi),隨溫度升高,CH3OH(g)脫水轉(zhuǎn)化為二甲醚的傾向_______ (填“增大”、“不變”或“減小”)。
②某溫度下(此時 Kp=100),在密閉容器中加入CH3OH,反應到某時刻測得各組分的分壓如下:
物質(zhì) | CH3OH | CH3OCH3 | H2O |
分壓/MPa | 0.50 | 0.50 | 0.50 |
此時正、逆反應速率的大小:v正 ____v逆 (填“>”、 “<”或“=”)。
③200℃時,在密閉容器中加入一定量甲醇 CH3OH,反應到達平衡狀態(tài)時,體系中CH3OCH3(g)的物質(zhì)的量分數(shù)為 _______(填標號)。
A.< B. C.~ D. E.>
④300℃時,使 CH3OH(g)以一定流速通過催化劑,V/F (按原料流率的催化劑量)、壓強對甲醇轉(zhuǎn)化率影響如圖1所示。請解釋甲醇轉(zhuǎn)化率隨壓強(壓力)變化的規(guī)律和產(chǎn)生這種變化的原因,規(guī)律__________________________,原因_______________________。
(3)直接二甲醚燃料電池有望大規(guī)模商業(yè)化應用,工作原理如圖2所示。
①該電池的負極反應式為:_______________。
②某直接二甲醚燃料電池裝置的能量利用率為 50%,現(xiàn)利用該燃料電池電解氯化銅溶液,若消耗 2.3g 二甲醚,得到銅的質(zhì)量為_______ g。
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【題目】在體積均為1.0 L的兩恒容密閉容器中加入足量的相同的碳粉,再分別加入0.1 mol CO2和0.2 mol CO2,在不同溫度下反應CO2(g)+C(s)2CO(g)達到平衡,平衡時c(CO2) 隨溫度的變化如圖所示(圖中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ點均處于曲線上)。下列說法正確的是
A.該反應的ΔH>0、ΔS<0
B.體系的總壓強p:p(Ⅰ)>p(Ⅲ)
C.平衡常數(shù):K(Ⅰ)>K(Ⅱ)
D.T1K時,Ⅳ點所處的狀態(tài)中v(正)<v(逆)
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科目:高中化學 來源: 題型:
【題目】用含鋰廢渣(主要金屬元素的含量:Li 3.50% Ni 6.55% Ca 6.41% Mg 13.24%)制備Li2CO3,并用其制備Li+電池的正極材料LiFePO4。部分工藝流程如下:
資料:ⅰ濾液1、濾液2中部分兩者的濃度(g/L)
ⅱEDTA能和某些二價金屬離子形成穩(wěn)定的水溶性絡合物。
ⅲ某些物質(zhì)溶解度(S):
I.制備Li2CO3粗品
(l)上述流程中為加快化學反應速率而采取的措施是 ___。
(2)向濾液2中先加入EDTA,再加入飽和Na2CO3溶液,90℃充分反應后,分離出 固體Li2CO3粗品的操作是 ______。
(3)處理lkg含鋰3.50%的廢渣,鋰的浸出率為a,Li+轉(zhuǎn)化為Li2CO3的轉(zhuǎn)化率為b,則粗品中含Li2CO3的質(zhì)量是 ____g。(摩爾質(zhì)量:Li 7 g.mol-l Li2CO3 74 g.mol-l)
II.純化Li2CO3粗品
(4)將Li2CO3轉(zhuǎn)化為LiHCO3后,用隔膜法電解LiHCO3溶液制備高純度的LiOH,再轉(zhuǎn)化得電池級Li2CO3。電解原理如圖所示,陽極的電極反應式是 _______。
III.制備LiFePO4
(5)將電池級Li2CO3和C、FePO4高溫下反應,生成LiFePO4和一種可燃性氣體,該反應的化學方程式是__。
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【題目】25℃時,相同pH的兩種一元弱酸HA與HB溶液分別加水稀釋,溶液pH隨加水體積變化的曲線如圖所示。下列說法正確的是
A. HB的酸性強于HA
B. a點溶液的導電性大于b點溶液
C. 同濃度的NaA與NaB溶液中,c(A-)=c(B-)
D. 加水稀釋到pH相同時,酸HA、HB用到的水V(A)小于V(B)
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【題目】鎳及其化合物用途廣泛。某礦渣的主要成分是NiFe2O4(鐵酸鎳)、NiO、FeO、CaO、SiO2等,以下是從該礦渣中回收NiSO4的工藝路線:
已知:(NH4)2SO4在350℃以上會分解生成NH3和H2SO4。NiFe2O4在焙燒過程中生成NiSO4、Fe2(SO4)3。錫(Sn)位于第五周期第ⅣA族。
(1)焙燒前將礦渣與(NH4)2SO4混合研磨,混合研磨的目的是______________。
(2)“浸泡”過程中Fe2(SO4)3生成FeO(OH)的離子方程式為______________,“浸渣”的成分除Fe2O3、FeO(OH)外還含有______________(填化學式)。
(3)為保證產(chǎn)品純度,要檢測“浸出液”的總鐵量:取一定體積的浸出液,用鹽酸酸化后,加入SnCl2將Fe3+還原為Fe2+,所需SnCl2的物質(zhì)的量不少于Fe3+物質(zhì)的量的________倍;除去過量的SnCl2后,再用酸性K2Cr2O7標準溶液滴定溶液中的Fe2+,還原產(chǎn)物為Cr3+,滴定時反應的離子方程式為______________。
(4)“浸出液”中c(Ca2+) = 1.0×10-3mol·L-1,當除鈣率達到99%時,溶液中c(F-) = ________ mol·L-1。[已知Ksp (CaF2)=4.0×10-11]
(5)本工藝中,萃取劑與溶液的體積比(V0/VA)對溶液中Ni2+、Fe2+的萃取率影響如圖所示,V0/VA的最佳取值是________。
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【題目】已知:2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)△H=-571.6kJ·mol-1,CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-890kJ·mol-1。現(xiàn)有H2與CH4的混合氣體112L(標準狀況下),使其完全燃燒生成CO2(g)和H2O(l),若實驗測得反應放熱3845.8kJ,則原混合氣體中H2與CH4的物質(zhì)的量之比是( )
A.1:1B.1:3C.1:4D.2:3
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