【題目】新型鋰電池正極材料錳酸鋰(LiMn2O4)有望取代廣泛使用的LiCoO2。工業(yè)上用某軟錳礦(主要成分為MnO2,還含有少量鐵、鋁及硅等氧化物)為原料制備錳酸鋰的流程如圖:
已知: lg2=0.3,=8,25℃有關(guān)物質(zhì)的溶度積常數(shù):
物質(zhì) | Fe(OH)2 | Fe(OH)3 | Al(OH)3 | Mn(OH)2 |
Ksp | 8.0×10-16 | 4.0×l0-38 | 5.12×10-33 | 4.0×l0-14 |
(1)已知鋰電池放電時(shí)正極的電極反應(yīng)式為:LiMn2O4+e-+Li+ ===Li2Mn2O4,則錳酸鋰中錳元素的化合價(jià)為____。
(2)“浸取”得到的浸取液中陽(yáng)離子主要是Mn2+,生成Mn2+的離子方程式為_____,檢驗(yàn)還含有Fe2+的方法是______。
(3)“精制”中加入H2O2的量比理論值大的多,其主要原因是______,若所得溶液中錳離子的濃度為1 mol·L-1,則加入氧化錳調(diào)節(jié)pH的范圍為____(當(dāng)溶液中離子濃度小于10-5 mol·L-1時(shí)可以認(rèn)為沉淀完全)。
(4)“沉錳”得到的是Mn(OH)2和Mn2(OH)2SO4濾餅,二者均可被氧化為Mn3O4,若控溫氧化時(shí)溶液的pH隨時(shí)間的變化如下圖,則15~150 min內(nèi)濾餅中一定參加反應(yīng)的成分是______;判斷的理由是____(用化學(xué)方程式表示)。
(5)寫出高溫煅燒生成錳酸鋰的化學(xué)方程式_______。
【答案】+3、+4 MnO2+2Fe2++4H+===Mn2++2Fe3++2H2O 取浸取液少許,加入幾滴K3[Fe(CN)6]溶液(或酸性KMnO4溶液),若有藍(lán)色沉淀生成(或紫紅色褪去),則有Fe2+ 溶液中的鐵離子催化過(guò)氧化氫分解 4.9-7.3 Mn2(OH)2SO4 3 Mn2(OH)2SO4+O2===2Mn3O4+3H2SO4 8Mn3O4 +6Li2CO3 +5O26CO2 + 12LiMn2O4
【解析】
(2)用K3[Fe(CN)6] 溶液來(lái)檢驗(yàn)Fe2+:
(3)“浸取”過(guò)程還剩余Fe3+,溶液中的鐵離子催化過(guò)氧化氫分解;氫氧化鋁完全沉淀時(shí),鋁離子濃度為10-5 mol·L-1,用Al(OH)3的Ksp計(jì)算氫氧根濃度,從而得到氫離子濃度,算得調(diào)節(jié)溶液最小的pH,錳離子的濃度為1 mol·L-1,用Mn(OH)2的Ksp計(jì)算氫氧根濃度,從而得到氫離子濃度,算得調(diào)節(jié)溶液最大的pH;
(4)將MnSO4溶液于氨水混合得到含有Mn(OH)2、Mn2(OH)2SO4的濾餅,將濾餅洗滌后加入蒸餾水并通入氧氣,可能發(fā)生反應(yīng)6Mn(OH)2+O2=2Mn3O4+6H2O、3Mn2(OH)2SO4+O2=2Mn3O4+3H2SO4;
(1) Li2Mn2O4中錳元素+3價(jià),則LiMn2O4中錳元素有+4價(jià),但只有一個(gè)錳原子得電子,另一個(gè)錳原子未得電子變價(jià),也為+4價(jià),則鋰電池正極材料錳酸鋰中,錳元素的化合價(jià)為+3、+4;故答案為:+3、+4;
(2) “浸取”過(guò)程MnO2轉(zhuǎn)化為Mn2+,Mn元素從+4價(jià)降至+2價(jià),離子方程式為:MnO2+2Fe2++4H+===Mn2++2Fe3++2H2O;可用K3[Fe(CN)6] 溶液來(lái)檢驗(yàn)Fe2+:取浸取液少許,加入幾滴K3[Fe(CN)6]溶液(或酸性KMnO4溶液),若有藍(lán)色沉淀生成(或紫紅色褪去),則有Fe2+;
(3) “浸取”過(guò)程還剩余Fe3+,“精制”中加入H2O2消耗一部分,故過(guò)氧化氫的量比理論值大的多,故答案為:溶液中的鐵離子催化過(guò)氧化氫分解;除去Fe3+、Al3+,氫氧化鋁完全沉淀時(shí),,解得,,pH=4.9,錳離子的濃度為1 mol·L-1時(shí),,,,pH=7.3,調(diào)節(jié)pH的范圍為4.9-7.3;
(4) 根據(jù)分析,濾餅含有Mn(OH)2、Mn2(OH)2SO4,與氧氣可能的反應(yīng)分別為6Mn(OH)2+O2=2Mn3O4+6H2O、3Mn2(OH)2SO4+O2=2Mn3O4+3H2SO4,則Mn2(OH)2SO4被O2氧化產(chǎn)生H+,而Mn(OH)2被O2氧化不產(chǎn)生H+,根據(jù)圖象通入O2時(shí)15~150分鐘pH越來(lái)越小,酸性增強(qiáng),則15~150分鐘濾餅中一定參與反應(yīng)的成分是Mn2(OH)2SO4;故答案為:Mn2(OH)2SO4;3 Mn2(OH)2SO4+O2===2Mn3O4+3H2SO4;
(5)高溫煅燒生成錳酸鋰的化學(xué)方程式:8Mn3O4 +6Li2CO3 +5O26CO2 + 12LiMn2O4。
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:
【題目】如圖所示,甲池的總反應(yīng)式為:N2H4+O2=N2+H2O,下列關(guān)于該電池工作時(shí)的說(shuō)法正確的是( )
A. 該裝置工作時(shí),Ag電極上有氣體生成
B. 甲池中負(fù)極反應(yīng)為N2H4-4e-=N2+4H+
C. 甲池和乙池中的溶液的pH均減小
D. 當(dāng)甲池中消耗0.1molN2H4時(shí),乙池中理論上最多產(chǎn)生6.4g固體
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:
【題目】能源問(wèn)題是現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的三大基本問(wèn)題之一。
(1)焦炭可用于制取水煤氣。實(shí)驗(yàn)測(cè)得1.2g碳與水蒸氣完全反應(yīng)生成水煤氣時(shí),吸收了13.16kJ熱量。該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為___;該反應(yīng)在條件下能自發(fā)進(jìn)行___(選“高溫”、“低溫”或“任意溫度”)。
(2)甲醇(CH3OH)廣泛用作燃料電池的燃料,工業(yè)上可由CO和H2來(lái)合成,化學(xué)方程式為CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。如圖是在不同溫度下CO的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化的曲線。
①T1___T2(填“>”、“<”或“=”)。T1和T2溫度下的平衡常數(shù)大小關(guān)系是K1___(填“>”、“<”或“=”)K2。
②若容器容積不變,下列措施不能增加CO轉(zhuǎn)化率的是___(填字母)。
a.降低溫度
b.將CH3OH(g)從體系中分離
c.使用合適的催化劑
d.充入He,使體系總壓強(qiáng)增大
③生成甲醇的化學(xué)反應(yīng)速率(v)與時(shí)間(t)的關(guān)系如圖所示。則圖中t2時(shí)采取的措施可能是___;t3時(shí)采取的措施可能是___。
④若在T1℃時(shí),往一密閉容器通入等物質(zhì)的量CO和H2測(cè)得容器內(nèi)總壓強(qiáng)1MPa,40min達(dá)平衡時(shí)測(cè)得容器內(nèi)總壓強(qiáng)為0.6MPa,計(jì)算生成甲醇的壓強(qiáng)平衡常數(shù)KP=___(MPa)-2(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算,分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:
【題目】以鐵、硫酸、檸檬酸、雙氧水、氨水等為原料可制備檸檬酸鐵銨((NH4)3Fe(C6H5O7)2)。
(1)Fe基態(tài)核外電子排布式為___________;中與Fe2+配位的原子是________(填元素符號(hào))。
(2)NH3分子中氮原子的軌道雜化類型是____________;C、N、O元素的第一電離能由大到小的順序?yàn)?/span>_______________。
(3)與NH互為等電子體的一種分子為_______________(填化學(xué)式)。
(4)檸檬酸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式見(jiàn)圖。1 mol檸檬酸分子中碳原子與氧原子形成的σ鍵的數(shù)目為_________mol。
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:
【題目】實(shí)驗(yàn)室由煉鋼污泥(簡(jiǎn)稱鐵泥,主要成份為鐵的氧化物)制備軟磁性材料α-Fe2O3。
其主要實(shí)驗(yàn)流程如下:
(1)酸浸:用一定濃度的H2SO4溶液浸取鐵泥中的鐵元素。若其他條件不變,實(shí)驗(yàn)中采取下列措施能提高鐵元素浸出率的有___________(填序號(hào))。
A.適當(dāng)升高酸浸溫度
B.適當(dāng)加快攪拌速度
C.適當(dāng)縮短酸浸時(shí)間
(2)還原:向“酸浸”后的濾液中加入過(guò)量鐵粉,使Fe3+完全轉(zhuǎn)化為Fe2+。“還原”過(guò)程中除生成Fe2+外,還會(huì)生成___________(填化學(xué)式);檢驗(yàn)Fe3+是否還原完全的實(shí)驗(yàn)操作是______________。
(3)除雜:向“還原”后的濾液中加入NH4F溶液,使Ca2+轉(zhuǎn)化為CaF2沉淀除去。若溶液的pH偏低、將會(huì)導(dǎo)致CaF2沉淀不完全,其原因是___________[,]。
(4)沉鐵:將提純后的FeSO4溶液與氨水-NH4HCO3混合溶液反應(yīng),生成FeCO3沉淀。
①生成FeCO3沉淀的離子方程式為____________。
②設(shè)計(jì)以FeSO4溶液、氨水- NH4HCO3混合溶液為原料,制備FeCO3的實(shí)驗(yàn)方案:__。
(FeCO3沉淀需“洗滌完全”,Fe(OH)2開(kāi)始沉淀的pH=6.5)。
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:
【題目】某100mL溶液可能含有 Na+、NH4+、Fe3+、CO32-、SO42-、Cl-中的若干種,取該溶液進(jìn)行連續(xù)實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)過(guò)程如圖:(所加試劑均過(guò)量,氣體全部逸出)下列說(shuō)法正確的是
A. 若原溶液中不存在 Na+,則 c(Cl-)<0.1molL﹣1
B. 原溶液可能存在 Cl- 和 Na+
C. 原溶液中 c(CO32-)是 0.01molL﹣1
D. 原溶液一定存在 CO32-和SO42-,一定不存在 Fe3+
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:
【題目】最近,中國(guó)科學(xué)院大連化物所“CO2催化轉(zhuǎn)化為CO的研究”獲得新進(jìn)展。如圖是使用不同催化劑(NiPc和CoPc)時(shí)轉(zhuǎn)化過(guò)程中的能量變化,下列說(shuō)法不合理的是( )
A.CO2經(jīng)還原反應(yīng)得到COOH
B.該研究成果將有利于緩解溫室效應(yīng),并解決能源轉(zhuǎn)化問(wèn)題
C.相同基團(tuán)的物種分別吸附在NiPc和CoPc表面,其能量可能不同
D.催化劑可以改變CO2轉(zhuǎn)化為CO反應(yīng)的焓變
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:
【題目】某興趣小組設(shè)計(jì)了如圖所示原電池裝置(鹽橋中吸附有飽和K2SO4溶液)。下列說(shuō)法正確的是
A.該原電池的正極反應(yīng)是Cu2++2e-=Cu
B.甲燒杯中溶液的血紅色逐漸變淺
C.鹽橋中的SO42-流向甲燒杯
D.Cu電極質(zhì)量減少,Pt電極質(zhì)量增加
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:
【題目】“翠礬”(NiSO4·7H2O)在印染工業(yè)作媒染劑,生產(chǎn)酞菁艷藍(lán)絡(luò)合劑;氟鎳化鉀(K2NiF4)是結(jié)構(gòu)化學(xué)研究的熱點(diǎn)物質(zhì)。以鎳廢渣(主要成分為Ni,含少量Fe、Al、Fe3O4、Al2O3和不溶性雜質(zhì)等)為原料合成“翠礬”和氟鎳化鉀的流程如下:
幾種金屬離子的氫氧化物沉淀pH如下:
請(qǐng)回答下列問(wèn)題:
(1)翠礬、綠礬、明礬、藍(lán)礬等“礬類”都含有______元素(填元素符號(hào))。pH=a的范圍為___________。
(2)“轉(zhuǎn)化”過(guò)程中一定體積和濃度的雙氧水,“轉(zhuǎn)化率”與溫度關(guān)系如圖1所示。溫度高于40℃,轉(zhuǎn)化率急速降低的原因可能是______。空氣可以替代雙氧水,空氣的作用是______(用離子方程式表示)。
(3)NiSO4和NH4HCO3溶液生成NiCO3,其離子方程式為___________。
(4)灼燒NiCO3和NH4F以物質(zhì)的量之比為1:1組成的混合物時(shí),為避免污染環(huán)境,選擇下列裝置吸收尾氣,最宜選擇___________。(填選項(xiàng))
(5)已知常溫下,Ksp(NiCO3)=1.42×10-7。分離NiCO3時(shí)濾液中c(Ni2+)≤1.0×10-5 mol·L-1時(shí),c(CO)≥___________mol·L-1。
(6)準(zhǔn)確稱取ω g翠礬晶體產(chǎn)品于錐形瓶中,加入足量的蒸餾水溶解配成250 mL溶液,取20.00 mL所配溶液于錐形瓶,用c mol·L-1的標(biāo)準(zhǔn)溶液EDTA(Na2H2Y)滴定至終點(diǎn)(發(fā)生Ni2++H2Y2-=NiY2-+2H+),三次實(shí)驗(yàn)消耗標(biāo)準(zhǔn)液的體積分別為20.02 mL、19.98 mL、19.50 mL,則翠礬的純度為___________%(只列計(jì)算式,不考慮雜質(zhì)反應(yīng))。
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