【題目】2019年諾貝爾化學(xué)獎頒給了三位為鋰離子電池發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)的科學(xué)家。利用廢舊二次電池[主要成分為Ni(OH)2、Fe2O3、MnO2、碳粉、鋁箔等]合成電池級Ni(OH)2的工藝流程如下：

已知：

氫氧化物

Fe(OH)3

Al(OH)3

Ni(OH)2

Mn(OH)2

Ksp(室溫下)

4.0×10-38

1.0×10-33

1.6×10-14

2.0×10-13

(1)①已知“酸浸”后濾液中含有：Ni2+、Al3+、Fe3+、Mn2+，調(diào)節(jié)溶液的pH約為5，其目的是__；以下最適合作為物質(zhì)X的是____（填字母）。

A．雙氧水 B．氨水 C．鹽酸 D．NiO

②若濾液中Ni2+的濃度為2molL-1，列式計算判斷此時濾渣Ⅱ中是否有Ni(OH)2沉淀：___ 。

(2)濾渣Ⅲ的主要成分是____，“氧化除錳”過程發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為______。

(3)用Ni(OH)2和LiOH在空氣中混合加熱至700℃～800℃可制得LiNiO2（鎳酸鋰），該反應(yīng)的化學(xué)方程式為___________。

(4)鎳酸鋰是一種有較好前景的鋰離子電池正極材料。該電池在充放電過程中，發(fā)生LiNiO2和Li1-xNiO2之間的轉(zhuǎn)化，充電時LiNiO2在_______（填“陰”或“陽“）極發(fā)生反應(yīng)，該電極的電極反應(yīng)式為_____。

【答案】除去Al3+、Fe3+ D pH=5時，濾液中c(OH-)=1×10-9mol/L，Qc=c(Ni2+)c2(OH-)=2×10-18< Ksp[Ni(OH)2]，故沒有沉淀產(chǎn)生 MnO2 2MnO4-+3Mn2++2H2O==5MnO2↓+4H+ 4Ni(OH)2+4LiOH+O24LiNiO2+6H2O 陽 LiNiO2-xe- =Li1-xNiO2+xLi+

【解析】

廢舊二次電池[主要成分為Ni(OH)2、Fe2O3、MnO2、碳粉、鋁箔等]酸浸后，所得的濾液中含有Ni2+、Al3+、Fe3+、Mn2+，此時碳粉不溶而成為濾渣Ⅰ；調(diào)節(jié)溶液的pH約為5，由后續(xù)操作可以看出，此時Fe3+、Al3+轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀，可利用Ksp通過計算加以證實(shí)，所以加入的物質(zhì)X用于調(diào)節(jié)溶液的pH；加入KMnO4氧化除錳(Mn2+)時，產(chǎn)物中Mn的價態(tài)應(yīng)介于+2~+7之間，考慮到此時Mn轉(zhuǎn)化為難溶物，應(yīng)為MnO2，此為濾渣Ⅲ的主要成分；溶液中的Ni2+加入NaOH溶液后，轉(zhuǎn)化為Ni(OH)2沉淀。

(1)①由以上分析知，調(diào)節(jié)溶液的pH約為5，其目的是除去Al3+、Fe3+；雙氧水難以調(diào)節(jié)pH至5，氨水可調(diào)節(jié)溶液的pH為5，但引入NH4+，加入鹽酸不能增大溶液的pH，所以選擇NiO，故選D。答案為：除去Al3+、Fe3+；D；

②若濾液中Ni2+的濃度為2molL-1，列式計算判斷此時濾渣Ⅱ中是否有Ni(OH)2沉淀： pH=5時，濾液中c(OH-)=1×10-9mol/L，Qc=c(Ni2+)c2(OH-)=2×10-18< Ksp[Ni(OH)2]，故沒有沉淀產(chǎn)生。答案為：pH=5時，濾液中c(OH-)=1×10-9mol/L，Qc=c(Ni2+)c2(OH-)=2×10-18< Ksp[Ni(OH)2]，故沒有沉淀產(chǎn)生；

(2)由以上分析知，濾渣Ⅲ的主要成分是MnO2，“氧化除錳”過程發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2MnO4-+3Mn2++2H2O=5MnO2↓+4H+。答案為：MnO2；2MnO4-+3Mn2++2H2O=5MnO2↓+4H+；

(3)用Ni(OH)2和LiOH在空氣中混合加熱至700℃～800℃可制得LiNiO2，Ni由+2價升高到+3價，則反應(yīng)物中應(yīng)有氧化劑(O2)參加反應(yīng)，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為4Ni(OH)2+4LiOH+O24LiNiO2+6H2O。答案為：4Ni(OH)2+4LiOH+O24LiNiO2+6H2O；

(4)充電時LiNiO2轉(zhuǎn)化為Li1-xNiO2，Ni價態(tài)由+3價升高為+(3+x)價，所以在陽極發(fā)生反應(yīng)，該電極的電極反應(yīng)式為LiNiO2-xe- =Li1-xNiO2+xLi+。答案為：陽；LiNiO2-xe- =Li1-xNiO2+xLi+。

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中化學(xué) 來源： 題型：

【題目】某科研小組利用硫鐵礦(主要成分是FeS2，含Fe2O3、SiO2、Al2O3等雜質(zhì))制備重要的化工原料納米Fe2O3的工藝流程如圖所示。

回答下列問題：

（1）煅燒前硫鐵礦粉碎的目的是__，硫鐵礦煅燒得到的氣體需回收，該氣體在工業(yè)上的主要用途是__。

（2）用稀硫酸浸取硫鐵礦燒渣的主要反應(yīng)的離子方程式為__，浸取后過濾得到的濾渣的化學(xué)式為__。

（3）加入FeS2的主要目的是還原濾液中的Fe3＋，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：FeS2＋7Fe2(SO4)3＋8H2O=15FeSO4＋8H2SO4，反應(yīng)中每消耗1molFeS2，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目為__，檢驗(yàn)Fe3＋是否完全被還原，應(yīng)選擇__(填標(biāo)號)。

A.KMnO4溶液 B.K3[Fe(CN)6]溶液 C.KSCN溶液

（4）加FeCO3調(diào)溶液pH到5.8左右，其目的為__。

（5）加入NH4HCO3生成FeCO3的離子方程式為__，若煅燒得到160g納米Fe2O3，則消耗的氣體和生成的氣體的物質(zhì)的量之比為__。

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：

【題目】緩沖溶液可以抗御少量酸堿對溶液pH的影響。人體血液里最主要的緩沖體系是碳酸氫鹽緩沖體系(H2CO3/HCO3-)，維持血液的pH保持穩(wěn)定。己知在人體正常體溫時，反應(yīng)H2CO3HCO3-+H+的Ka=10-6.1 ，正常人的血液中c(HCO3-)：c(H2CO3)≈20：1，lg2=0.3。則下列判斷正確的是

A.正常人血液內(nèi)Kw=10-14

B.由題給數(shù)據(jù)可算得正常人血液的pH約為7.4

C.正常人血液中存在：c(HCO3－)+c(OH－)+2c(CO32－)=c(H＋)+c(H2CO3)

D.當(dāng)過量的堿進(jìn)入血液中時，只有發(fā)生HCO3－+OH－=CO32－+H2O的反應(yīng)

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：

【題目】某藥物G，其合成路線如下：

已知：①R-X+ ②

試回答下列問題：

(1)寫出A的結(jié)構(gòu)簡式_________。

(2)下列說法正確的是__________

A.化合物E具有堿性 B.化合物B與新制氫氧化銅加熱產(chǎn)生磚紅色沉淀

C.化合物F能發(fā)生還原反應(yīng) D.化合物G的分子式為C16H17N5O2Br

(3)寫出C+D→E的化學(xué)方程式___________。

(4)請設(shè)計以用4－溴吡啶（）和乙二醇（）為原料合成化合物D的同系物的合成路線________(用流程圖表示，無機(jī)試劑任選)。

(5)寫出化合物A可能的同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡式__________。

須同時符合：①分子中含有一個苯環(huán)； ②1H-NMR圖譜顯示分子中有3種氫原子。

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：

【題目】碳及其化合物在化工生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。

I．為解決大氣中CO2的含量增大的問題，某科學(xué)家提出如下構(gòu)想：把工廠排出的富含CO2的廢氣經(jīng)凈化吹入碳酸鉀溶液吸收，然后再把CO2從溶液中提取出來，在合成塔中經(jīng)化學(xué)反應(yīng)使廢氣中的CO2轉(zhuǎn)變?yōu)槿剂霞状肌２糠旨夹g(shù)流程如下:

⑴合成塔中反應(yīng)的化學(xué)方程式為_________；△H<0。該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，從平衡移動原理分析，低溫有利于提高原料氣的平衡轉(zhuǎn)化率。而實(shí)際生產(chǎn)中采用300℃的溫度，除考慮溫度對反應(yīng)速率的影響外，還主要考慮了_____。

(2)從合成塔分離出甲醇的原理與下列_______操作的原理比較相符(填字母）

A.過濾 B.分液 C.蒸餾 D.結(jié)晶

(3)如將CO2與H2以1:4的體積比混合，在適當(dāng)?shù)臈l件下可制得CH4。寫出CO2(g)與H2(g)反應(yīng)生CH4(g)與液態(tài)水的熱化學(xué)方程式_____。

已知：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H1=-890.3kJ/mol

2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) △H2=-571.6kJ/mol

II．某興趣小組模擬工業(yè)合成甲醇的反應(yīng):CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，在容積固定為2L的密閉容器中充入1mol CO和2mol H2，加入合適的催化劑（催化劑體積忽略不計）后開始反應(yīng)。測得容器內(nèi)的壓強(qiáng)隨時間變化如下:

時間/min

0

5

10

15

20

25

壓強(qiáng)/Mpa

12.6

10.8

9.5

8.7

8.4

8.4

(1)從反應(yīng)開始到20min時，以CO表示反應(yīng)速率為________。

(2)下列描述能說明反應(yīng)達(dá)到平衡的是_______

A.裝置內(nèi)氣體顏色不再改變 B.容器內(nèi)氣體的平均摩爾質(zhì)量保持不變

C.容器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)保持不變 D.容器內(nèi)氣體密度保持不變

(3)該溫度下平衡常數(shù)K=_______，若達(dá)到平衡后加入少量CH3OH(g)，此時平衡常數(shù)K值將_________ (填“增大”、“減小”或“不變”)

(4)該反應(yīng)達(dá)到平衡后，再向容器中充入1mol CO和2mol H2，此時CO的轉(zhuǎn)化率將_____(填“增大”、“減小”或“不變”)

Ⅲ. 人類活動產(chǎn)生的CO2長期積累，威脅到生態(tài)環(huán)境，其減排問題受到全世界關(guān)注。工業(yè)上常用高濃度的K2CO3溶液吸收CO2，得溶液X，再利用電解法使K2CO3溶液再生，其裝置示意圖如下：

①在陽極區(qū)發(fā)生的反應(yīng)包括_________和H＋＋HCO===H2O＋CO2↑。

②簡述CO32-在陰極區(qū)再生的原理：______。

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：

【題目】下列敘述正確的是

A. NH3是極性分子，分子中N原子處在3個H原子所組成的三角形的中心

B. CCl4是非極性分子，分子中C原子處在4個Cl原子所組成的正方形的中心

C. H2O是極性分子，分子中O原子不在2個H原子所連直線的中點(diǎn)處

D. CO2是非極性分子，分子中C原子不在2個O原子所連直線的中點(diǎn)處

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：

【題目】有機(jī)物1是一種常見的植物兩味油，常用脂肪烴A和芳香烴D按如下路線合成：

已知：①R1CHO+R2CH2CHO

②通常在同一個碳原子上連有兩個羥基不穩(wěn)定，易脫水形成羰基。

回答下列問題：

(1)A的名稱是___，H含有的官能團(tuán)名稱是_____。

(2)②的反應(yīng)條件是___。⑦的反應(yīng)類型是______。

(3)I的結(jié)構(gòu)簡式是________。

(4)④的化學(xué)方程式是_________。

(5)L是I的同分異構(gòu)體且含有相同官能團(tuán)，其結(jié)構(gòu)中苯環(huán)上只有兩個處于對位的取代基，則L共有_種（不考慮立體異構(gòu)）

(6)參照以上合成路線，設(shè)計以C為原料制備保水樹脂的合成路線（無機(jī)試劑任選）__ 。

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：

【題目】反應(yīng)H2(g)+I2(g)2HI(g)為放熱反應(yīng)，若在恒容絕熱的容器中發(fā)生，下列選項表明已達(dá)平衡狀態(tài)的是（ ）

A.氣體的總物質(zhì)的量不再變化

B.容器內(nèi)的壓強(qiáng)不再變化

C.相同時間內(nèi)，斷開H-H鍵的數(shù)目和生成H—I鍵的數(shù)目相等

D.容器內(nèi)氣體的濃度c(H2)：c(I2)：c(HI)=1：1：2

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：

【題目】以原油為原料生產(chǎn)聚烯烴的幾個步驟如下：

(1)步驟①使用的方法是分餾，分餾是利用原油中各組分的______不同進(jìn)行分離的過程。

(2)步驟①所得C4～C10 的烴類混合物中所含的物質(zhì)超過 7 種。請以C4H10 為例說明其原因______。

(3)步驟③中，聚烯烴的合成反應(yīng)與聚乙烯的相同，該反應(yīng)類型是_____。生產(chǎn)的聚丙烯可用下圖表示，其重復(fù)結(jié)構(gòu)單元是_________。

(4)乙烯是一種重要的基本化工原料，可制備乙酸乙酯，其轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖。

已知：H2C==CHOH 不穩(wěn)定

I.①的反應(yīng)類型是______。

II.B的結(jié)構(gòu)簡式是_______。

III.④的化學(xué)方程式是_______。

IV.實(shí)驗(yàn)室制取乙酸乙酯的裝置如圖所示。能完成本實(shí)驗(yàn)的裝置是_____(填“甲”“乙”或“丙”)，試管B 內(nèi)盛放的液體是___________。

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