【題目】Ni-MH電池在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中具有廣泛用途,廢舊電池中含有大量金屬元素,其回收利用具有非常重要的意義。一種利用廢Ni-MH電池正極材料(主要含有Ni(OH)2,還含有少量Fe、Cu、Ca、Mg、Mn、Zn的氫氧化物)制備電子級硫酸鎳晶體的工藝流程如下圖所示:
回答下列問題:
(1)“浸出”時溫度、硫酸濃度、浸出時間對鎳浸出率的影響如下圖:
則“浸出”時最適宜的條件為_______________。
(2)在“濾液1”中加入雙氧水可將Fe2+轉(zhuǎn)化為難溶的針鐵礦(FeOOH),寫出反應(yīng)的離子方程式:______________。
(3)“濾液2”中加入NaF可將濾液中Ca2+、Mg2+轉(zhuǎn)化為難溶的CaF2和MgF2。當(dāng)加入過量NaF后,所得“濾液3”中c(Mg2+)∶c(Ca2+)=0.67,則MgF2的溶度積為_____________[已知Ksp(CaF2)=1.10×10-10]。
(4)向“濾液3”中加入(NH4)2S2O8可以除錳,在此過程中(NH4)2S2O8與MnSO4反應(yīng)生成含錳元素的一種黑色不溶物、硫酸銨及硫酸,寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式___________________。
(5)向“濾液4”加入有機萃取劑后,Zn2+與有機萃取劑(用HA表示)形成易溶于萃取劑的絡(luò)合物ZnA2·2HA。該過程可以表示為:Zn2++4HAZnA2·2HA+2H+
①已知加入萃取劑后,鋅的萃取率隨料液pH變化如圖所示。試分析pH增大時,鋅的萃取率逐漸增大的原因是___________________。
②“操作X”的名稱是_____________。
(6)上述回收鎳的過程中,使用了1kg含鎳37.1%的正極材料,最終得到純凈的NiSO4·7H2O1.686kg,則鎳的回收率為_______________。
【答案】 80℃ ,1.8mol/LH2SO4,30min 2Fe2++H2O2+2H2O=2FeOOH↓+4H+ 7.37×10-11 (NH4)2S2O8+MnSO4+2H2O=MnO2↓+(NH4)2SO4+2H2SO4 料液的pH增大,使料液中的c(H+)減小,促使Zn2++4HAZnA2·2HA+2H+向右進(jìn)行,鋅的萃取率增大 分液 95.4%
【解析】分析:本題以利用廢Ni-MH電池正極材料制備電子級硫酸鎳晶體的工藝流程為載體,考查流程的分析、圖像分析、適宜條件的選擇、外界條件對化學(xué)平衡的影響、指定情境下方程式的書寫、溶度積的計算、化學(xué)實驗的基本操作和化學(xué)計算。廢Ni-MH電池正極材料加H2SO4浸出時,金屬的氫氧化物轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的硫酸鹽;浸出液中加入Na2S將Cu2+轉(zhuǎn)化為CuS沉淀除去;向“濾液1”中加入雙氧水將Fe2+轉(zhuǎn)化為FeOOH沉淀除去;向“濾液2”中加入NaF將Ca2+、Mg2+轉(zhuǎn)化為CaF2、MgF2沉淀而除去;向“濾液3”中加入(NH4)2S2O8除去Mn2+;“濾液4”中用有機萃取劑除去Zn2+。
詳解:(1)根據(jù)圖1,“浸出”最佳溫度約為80℃;根據(jù)圖2,隨著硫酸濃度的增大Ni浸出率增大,硫酸濃度為1.8mol/L時Ni浸出率已經(jīng)很大,當(dāng)硫酸濃度大于1.8mol/L,繼續(xù)增大硫酸濃度Ni浸出率增大不明顯,硫酸最適宜濃度為1.8mol/L;根據(jù)圖3,“浸出”時間小于30min隨著時間的延長Ni浸出率明顯增大,大于30minNi浸出率趨于平緩,最佳時間為30min;“浸出”時最適宜的條件是:溫度為80℃、硫酸濃度為1.8mol/L、時間為30min。
(2)雙氧水將Fe2+轉(zhuǎn)化為FeOOH沉淀,F(xiàn)e2+被氧化,H2O2被還原,根據(jù)得失電子守恒、原子守恒和電荷守恒,反應(yīng)的離子方程式為2Fe2++H2O2+2H2O=2FeOOH↓+4H+。
(3)當(dāng)加入過量NaF后,Ksp(MgF2)=c(Mg2+)·c2(F-),Ksp(CaF2)= c(Ca2+)·c2(F-),將兩式相比消去c2(F-),Ksp(MgF2)= Ksp(CaF2)=1.1010-100.67=7.3710-11。
(4)(NH4)2S2O8與MnSO4反應(yīng)生成含錳元素的一種黑色不溶物、(NH4)2SO4和H2SO4,含錳元素的黑色不溶物為MnO2,反應(yīng)可寫成(NH4)2S2O8+MnSO4→MnO2↓+(NH4)2SO4+H2SO4,Mn元素的化合價由+2價升至+4價,S元素的化合價由+7價降至+6價,根據(jù)得失電子守恒和原子守恒配平,(NH4)2S2O8與MnSO4反應(yīng)的化學(xué)方程式為:(NH4)2S2O8+MnSO4+2H2O=MnO2↓+(NH4)2SO4+2H2SO4。
(5)①pH增大時,鋅的萃取率逐漸增大的原因是:料液pH增大,使料液中的c(H+)減小,促使Zn2++4HAZnA2·2HA+2H+向右進(jìn)行,鋅的萃取率增大。
②“濾液4”中加入有機萃取劑將Zn2+萃取,出現(xiàn)分層現(xiàn)象,將有機層與水層分離的“操作X”的名稱為分液。
(6)根據(jù)Ni守恒,Ni的回收率為100%=95.4%。
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【題目】對于可逆反應(yīng)3H2+N22NH3 , 下列措施能使反應(yīng)物中活化分子百分?jǐn)?shù)、化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡常數(shù)都變化的是( 。
A.使用高效催化劑
B.充入更多N2
C.降低溫度
D.增大壓強
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【題目】“民以食為天,食以安為先”,下列做法會危害食品安全的是
A. 回收餐桌廢油加工成化工原料 B. 給蔬菜瓜果噴灑甲醛溶液
C. 做菜時加適量的醬油調(diào)味細(xì)味 D. 用食鹽作食物防腐劑
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【題目】在空氣中,有下列反應(yīng)發(fā)生: ①N2 + O2 = 2NO;②2NO+O2=2NO2;③3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO;④ 2SO2+O2 = 2SO3;⑤ SO3 + H2O = H2SO4; ⑥SO2+H2OH2SO3; ⑦3O2 = 2O3,其中屬于氧化還原反應(yīng)的是( )
A. ①②③④ B. ①②③④⑦ C. ①②④⑦ D. ①②③④⑤⑥⑦
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【題目】電解原理在化學(xué)工業(yè)中有廣泛應(yīng)用。右圖表示一個電解池,裝有電解液a;X、Y是兩塊電極板,通過導(dǎo)線與直流電源相連。請回答以下問題:
(1)若X、Y都是惰性電極,a是飽和NaCl溶液,實驗開始時,同時在兩邊各滴入幾滴酚酞試液,則
①在X極附近觀察到的現(xiàn)象是________________________!
②Y電極上的電極反應(yīng)式為________________________,檢驗該電極反應(yīng)產(chǎn)物的方法是_____________________________________。
(2)如要用電解方法精煉粗銅,電解液a選用CuSO4溶液,則
①X電極的材料是__________,電極反應(yīng)式是_______________________________________!
②Y電極的材料是__________,電極反應(yīng)式是_______________________________________。(說明:雜質(zhì)發(fā)生的電極反應(yīng)不必寫出)
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【題目】物質(zhì)的量濃度相同的三種酸HX、HY、HZ的溶液,其pH依次為4、5、6,則KX、KY、KZ的堿性由強到弱的順序是( )
A. KX、KZ、KY B. KX、 KY、KZ
C. KZ、KY 、KX D. KY、KZ、KX
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【題目】下列有關(guān)試劑的保存方法,正確的是( )
A. 少量金屬鈉密封保存在水中
B. 新制的氯水通常保存在無色試劑瓶中
C. 氫氧化鈉溶液保存在有玻璃塞的玻璃試劑瓶中
D. 氫氟酸保存在塑料瓶中
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【題目】鈀(Pd)可作汽車尾氣CO、NO和HC(碳?xì)浠衔?/span>)轉(zhuǎn)化的催化劑。Pd負(fù)載量不同或不同工藝制備的納米Pd對汽車尾氣處理的結(jié)果如下圖所示。下列說法不正確的是
A. 圖甲表明,其他條件相同時,三種尾氣的轉(zhuǎn)化率隨Pd負(fù)載量的增大先升后降
B. 圖乙表明,尾氣的起燃溫度隨Pd負(fù)載量的增大先降后升
C. 圖甲和圖乙表明,Pd負(fù)載量越大催化劑活性越高
D. 圖丙和圖丁表明,工藝2制得的催化劑Pd的性能優(yōu)于工藝1
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【題目】鋅與濃硫酸反應(yīng),隨著硫酸的濃度下降,產(chǎn)生的氣體中混有H2,為證實相關(guān)分析,化學(xué)小組的同學(xué)設(shè)計了如圖所示的實驗裝置,對反應(yīng)后的氣體(X)取樣進(jìn)行組分分析(遇有氣體吸收過程,視為完全吸收)。
(1)A中加入的試劑可能是_________,KMnO4 溶液的作用是_________,若高錳酸鉀溶液與B 之間不再添加裝置,請描述觀察到何種現(xiàn)象能表明已達(dá)到使用高錳酸鉀溶液的目的_______________。
(2)可證實氣體 X 中混有較多氫氣的實驗現(xiàn)象是:C中 _____________,D中______________。
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