【題目】2019年諾貝爾化學(xué)獎頒給了為鋰電池發(fā)展作出突出貢獻(xiàn)的三位科學(xué)家。某廢舊鋰電池正極主要由LiFePO4、鋁箔、炭黑等組成,Fe、Li、P具有極高的回收價值,具體流程如下:
(1)過程ⅰ生成NaAlO2溶液的離子方程式是__。
(2)過程ⅱ中HCl/H2O2的作用是__。
(3)浸出液X的主要成分為 Li+、Fe3+、H2PO4-等。過程ⅲ控制碳酸鈉溶液濃度20%、溫度85 ℃、反應(yīng)時間3 h條件下,探究pH對磷酸鐵沉淀的影響,如圖所示。
①綜合考慮鐵和磷沉淀率,最佳pH為__。
②結(jié)合平衡移動原理,解釋過程ⅲ中pH增大,鐵和磷沉淀率增大的原因__。
③當(dāng)pH>2.5后,隨pH增加,磷沉淀率出現(xiàn)了減小的趨勢,解釋其原因__。
(4)LiFePO4可以通過(NH4)2Fe(SO4)2、H3PO4與LiOH溶液發(fā)生共沉淀反應(yīng)制取,共沉淀反應(yīng)的化學(xué)方程式為__。
【答案】2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑ 溶解LiFePO4,將Fe2+氧化為Fe3+(2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O) 2.5 H2PO4-HPO42-+H+,HPO42-PO43-+H+,加入Na2CO3后,CO32-結(jié)合H+使c(H+)減小,促進(jìn)上述電離平衡正向移動,c(PO43)增大,與Fe3+結(jié)合形成磷酸鐵沉淀(或者:H2PO4-HPO42-+H+,HPO42-PO43-+H+,溶液pH增大,c(H+)減小,促進(jìn)上述電離平衡正向移動,c(PO43-)增大,與Fe3+結(jié)合形成磷酸鐵沉淀 pH>2.5時,沉淀中的磷酸鐵會有部分開始轉(zhuǎn)變生成Fe(OH)3,使得部分PO43-釋放,導(dǎo)致磷沉淀率下降 (NH4)2Fe(SO4)2+H3PO4+LiOH=2NH4HSO4+LiFePO4↓+H2O或(NH4)2Fe(SO4)2+H3PO4+3LiOH=(NH4)2SO4+Li2SO4+LiFePO4↓+3H2O
【解析】
含LiFePO4、鋁箔、炭黑的廢舊鋰電池,用NaOH溶解后過濾,濾液為NaAlO2溶液,濾渣為LiFePO4和炭黑,再用鹽酸酸化的H2O2溶解濾渣并過濾,得到主要成分為 Li+、Fe3+、H2PO4-等的溶液X,向X中加入Na2CO3溶液,有FePO42H2O析出,過濾的濾液主要是LiCl,再加入飽和Na2CO3溶液,再過濾即可得到LiCO3粗產(chǎn)品,據(jù)此分析解題。
(1)過程ⅰAl溶于NaOH溶液生成NaAlO2和H2,發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑;
(2)過程ⅱ是除鋁后料中加入鹽酸酸化的H2O2,過濾后得到主要成分為 Li+、Fe3+、H2PO4-等的溶液X,由知HCl/H2O2的作用是溶解LiFePO4,將Fe2+氧化為Fe3+;
(3)①分析圖中數(shù)據(jù)可知,當(dāng)pH=2.5時磷的沉淀率最高,鐵的沉淀率較高,則過程ⅲ選擇的最佳pH為2.5;
②已知溶液X中存在H2PO4-的電離平衡,即H2PO4-HPO42-+H+,HPO42-PO43-+H+,過程ⅲ中當(dāng)加入Na2CO3后,CO32-結(jié)合H+使c(H+)減小,促進(jìn)上述電離平衡正向移動,c(PO43)增大,與Fe3+結(jié)合形成磷酸鐵沉淀,提高了鐵和磷沉淀率;
③已知FePO4(s)Fe3+(aq)+ PO43-(aq),當(dāng)pH>2.5后,隨pH增加,溶液中c(OH-)增大,Fe3+開始轉(zhuǎn)變生成Fe(OH)3,促進(jìn)解平衡正向移動,使得部分PO43-釋放,導(dǎo)致磷沉淀率下降;
(4)(NH4)2Fe(SO4)2、H3PO4與LiOH溶液混合生成LiFePO4,同時得到(NH4)2SO4和Li2SO4,結(jié)合原子守恒,發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為 (NH4)2Fe(SO4)2+H3PO4+LiOH=2NH4HSO4+LiFePO4↓+H2O。
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【題目】有機(jī)物A是一種常用的內(nèi)服止痛解熱藥。1 mol A 水解得到1 mol B 和1 mol 醋酸。A溶液具有酸性,不能使FeCl3溶液顯色。A的相對分子質(zhì)量不超過200。B分子中碳元素和氫元素總的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.652。A、B都是由碳、氫、氧三種元素組成的芳香族化合物。則下列推斷中,正確的是( )
A. A、B的相對分子質(zhì)量之差為60B. 1個B分子中應(yīng)當(dāng)有2個氧原子
C. A的分子式是C7H6O3D. B能與NaOH溶液、FeCl3溶液、濃溴水等物質(zhì)反應(yīng)
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【題目】下列推理正確的是
A. 鋁粉在氧氣中燃燒生成Al2O3,鐵絲在氧氣中燃燒也生成Fe2O3
B. 鐵能從硫酸銅溶液中置換出銅,鈉也能從硫酸銅溶液中快速置換出銅
C. 鋁片表面易形成致密的氧化膜,鈉塊表面也易形成致密的氧化膜
D. 鈉與氧氣、水等反應(yīng)時鈉均作還原劑,金屬單質(zhì)參與氧化還原反應(yīng)時金屬均作還原劑
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【題目】催化還原CO2是解決溫室效應(yīng)及能源問題的重要手段之一。研究表明,在Cu/ZnO催化劑存在下,CO2和H2可發(fā)生兩個平行反應(yīng),分別生成CH3OH和CO。反應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下:
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-53.7kJ·mol-1 I
CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2 II
某實驗室控制CO2和H2初始投料比為1:2.2,在相同壓強(qiáng)下,經(jīng)過相同反應(yīng)時間測得如下實驗數(shù)據(jù):
(備注)Cat.1:Cu/ZnO納米棒;Cat.2:Cu/ZnO納米片;甲醇選擇性:轉(zhuǎn)化的CO2中生成甲醇的百分比
已知:①CO和H2的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱分別為-283.0kJ·mol-1和-285.8kJ·mol-1
②H2O(l)=H2O(g)ΔH3=44.0kJ·mol-1
請回答(不考慮溫度對ΔH的影響):
(1)反應(yīng)I的平衡常數(shù)表達(dá)式K=___;
(2)有利于提高CO2轉(zhuǎn)化為CH3OH平衡轉(zhuǎn)化率的措施有___。
A.使用催化劑Cat.1
B.使用催化劑Cat.2
C.降低反應(yīng)溫度
D.投料比不變,增加反應(yīng)物的濃度
E.增大CO2和H2的初始投料比
(3)表中實驗數(shù)據(jù)表明,在相同溫度下不同的催化劑對CO2轉(zhuǎn)化成CH3OH的選擇性有顯著的影響,其原因是___。
(4)在圖中分別畫出反應(yīng)I在無催化劑、有Cat.1和有Cat.2三種情況下“反應(yīng)過程~能量”示意圖___。
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【題目】298K時,向20mLcmol·L-1KOH溶液中滴加0.1mol·L-1HCOOH溶液,混合溶液中水電離的氫氧根離子濃度與滴加甲酸(弱酸)溶液體積(V)的關(guān)系如圖所示。下列說法正確的是
A. 上述KOH溶液的濃度c=0.01mol·L-1
B. B點對應(yīng)的溶液中:c(K+)=c(HCOO-)
C. E點對應(yīng)的溶液中:c(OH-)>c(H+)=c(HCOOH)
D. 若D點對應(yīng)的甲酸溶液體積為V1mL,則HCOOH電離平衡常數(shù)
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【題目】某化學(xué)小組為了證明SO2和Cl2的漂白性,設(shè)計了如圖所示的實驗裝置:
(1)他們制備Cl2依據(jù)的原理是:MnO2+4HCl(濃)△MnCl2+2H2O+Cl2↑,應(yīng)選用圖A、E裝置中的 (填序號)制Cl2,反應(yīng)中濃鹽酸所表現(xiàn)出的性質(zhì)是 、 .
(2)反應(yīng)開始后,發(fā)現(xiàn)B、D兩個試管中的品紅溶液都褪色,停止通氣后,給B、D兩個試管中的液體加熱,B試管中的現(xiàn)象是 .
(3)寫出過量NaOH溶液與SO2氣體反應(yīng)的離子方程式是 .
(4)該小組同學(xué)將兩種氣體混合后通入品紅溶液,一段時間后,品紅溶液幾乎不褪色.查閱資料得知:兩種氣體按體積比1:1混合,再與水反應(yīng)可生成兩種常見的酸,因而失去漂白作用,該反應(yīng)的化學(xué)方程式是 .
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【題目】用于汽車剎車片的聚合物 Y 是一種聚酰胺纖維,合成路線如圖:
已知:
(1)生成 A 的反應(yīng)類型是_____。
(2)試劑 a 是_____。
(3)B 中所含的官能團(tuán)的名稱是_____。
(4)W、D 均為芳香化合物,分子中均只含兩種不同化學(xué)環(huán)境的氫原子。
①F 的結(jié)構(gòu)簡式是_____。
②生成聚合物 Y 的化學(xué)方程式是_____。
(5)Q 是 W 的同系物且相對分子質(zhì)量比 W 大 14,則 Q 有______種,其中核磁共振氫譜有4 組峰,且峰面積比為 1∶2∶2∶3 的為___________(寫一種結(jié)構(gòu)簡式即可)。
(6)試寫出由 1,3﹣丁二烯和乙炔為原料(無機(jī)試劑及催化劑任用)合成的合成路線__________________。(用結(jié)構(gòu)簡式表示有機(jī)物,用箭頭表示轉(zhuǎn)化關(guān)系,箭頭上注明試劑和反應(yīng)條件)。
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【題目】有關(guān)反應(yīng)14CuSO4+5FeS2+12H2O===7Cu2S+5FeSO4+12H2SO4的下列說法中錯誤的是
A. CuSO4在反應(yīng)中被還原
B. FeS2既是氧化劑也是還原劑
C. 14 mol CuSO4氧化了1 mol FeS2
D. 被還原的S和被氧化的S的質(zhì)量之比為3∶7
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【題目】某有機(jī)化合物A經(jīng)李比希法測得其中含碳為70.59%、含氫為 5.88%,其余含有氧,F(xiàn)用下列方法測定該有機(jī)化合物的相對分子質(zhì)量和分子結(jié)構(gòu)。
方法一:用質(zhì)譜法分析得知A的質(zhì)譜如圖:
方法二:核磁共振儀測出A的核磁共振氫譜有4個峰,其面積之比為1∶2∶2∶3。
方法三:利用紅外光譜儀測得A分子的紅外光譜,如圖:
(1)分子中共有____種化學(xué)環(huán)境不同的氫原子。
(2)A的分子式為____。
(3)該物質(zhì)屬于哪一類有機(jī)物____。
(4)A的分子中只含一個甲基的依據(jù)是____(填序號)。
a A的相對分子質(zhì)量 b A的分子式
c A的核磁共振氫譜圖 d A分子的紅外光譜圖
(5)A的結(jié)構(gòu)簡式為________________________________。
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