【題目】鈦酸鋰電池應用廣泛, 電池放電后負極材料主要含有Li4Ti5O12、 鋁箔及少量Fe, 可通過下列工藝流程回收鈦、 鋰。回答下列問題:

(1) Li4Ti5O12中, Ti元素的化合價為___ 濾液1中含金屬的陰離子是___(填離子符號)。

(2) 酸浸時 Li4Ti5O12發(fā)生的反應是: Li4Ti5O12+7H2SO4+5H2O22Li2SO4+5[TiO(H2O2)]SO4+7H2O 該反應是否屬于氧化還原反應?___(”); 濾渣1___

(3) [TiO(H2O2)]SO4溶液中加入Na2SO3溶液發(fā)生反應的離子方程式為___。

(4) TiOSO4溶液中通入NH3發(fā)生反應的離子方程式為___

(5) 沉淀TiO(OH)2用蒸餾水洗滌的目的是___。

(6) 萃取時, 溫度對萃取率的影響如圖所示。由圖分析知實驗時選擇在常溫下進行即可, 理由是__。

(7)“萃取反萃取可簡單表示為:[TiO(H2O2)]2+2(HA)2 [TiO(H2O2)](HA2)22H+,則反萃取過程中加入的試劑X___。

【答案】+4 AlO2Al(OH)4 Fe(OH)3 [TiO(H2O2)]2++SO32=TiO2++SO42+H2O TiO2++2NH3+ 2H2O=TiO(OH)2↓+2NH4+ 除去沉淀表面硫酸鹽雜質 因常溫下鈦的萃取率已經(jīng)比較高(90%以上),溫度升高對萃取率的增加幅度很小,所以不必升溫 H2SO4

【解析】

由流程圖可知,鈦酸鋰電池放電后負極材料主要含有Li4Ti5O12、 鋁箔及少量Fe,加入氫氧化鈉溶液堿浸,鋁箔溶于氫氧化鈉溶液生成偏鋁酸鈉和氫氣,其他成分不溶于堿,過濾后濾液含有偏鋁酸鈉溶液;堿浸后的固體加入硫酸和過氧化氫酸浸氧化,Fe轉化為Fe3+,加入氫氧化鈉溶液調(diào)pH生成Fe(OH)3沉淀過濾除去,酸浸時 Li4Ti5O12發(fā)生的反應是: Li4Ti5O12+7H2SO4+5H2O22Li2SO4+5[TiO(H2O2)]SO4+7H2O,經(jīng)萃取和反萃取得到TiO(H2O2)] TiO(H2O2)SO4,水相中加入碳酸鈉溶液得到Li2CO3沉淀;在TiO(H2O2)SO4溶液中加入亞硫酸鈉溶液還原得到TiOSO4,再通入氨氣產(chǎn)生TiO(O H)2沉淀,過濾后經(jīng)蒸餾水洗去表面吸附的硫酸鹽,再經(jīng)干燥、煅燒得到納米TiO2,據(jù)此分析解答。

(1) Li4Ti5O12中,Li為+1價,O為-2價,則 Ti元素的化合價為(122-15=+4;根據(jù)以上分析,堿浸時鋁箔溶于氫氧化鈉溶液生成偏鋁酸鈉,過濾后濾液含有偏鋁酸鈉溶液,所以濾液1中含金屬的陰離子是AlO2

因此,本題正確答案是:+4;AlO2

(2) 由反應方程式 Li4Ti5O12+7H2SO4+5H2O22Li2SO4+5[TiO(H2O2)]SO4+7H2O, 可知,反應前后元素化合價沒發(fā)生變化,所以該反應不是氧化還原反應;

堿浸后的固體加入硫酸和過氧化氫酸浸氧化,Fe轉化為Fe3+,加入氫氧化鈉溶液調(diào)pH生成Fe(OH)3沉淀過濾除去,故濾渣1Fe(OH)3,

因此,本題正確答案是:否;Fe(OH)3;

(3) [TiO(H2O2)]SO4與Na2SO3溶液發(fā)生氧化還原反應,反應的離子方程式為[TiO(H2O2)]2++SO32=TiO2++SO42+H2O,

因此,本題正確答案是:[TiO(H2O2)]2++SO32=TiO2++SO42+H2O;

(4) 由流程可知,TiOSO4溶液中通入NH3發(fā)生反應生成TiO(OH)2沉淀,反應的離子方程式為TiO2++2NH3+ 2H2O=TiO(OH)2↓+2NH4+

因此,本題正確答案是:TiO2++2NH3+ 2H2O=TiO(OH)2↓+2NH4+ ;

(5) 沉淀TiO(OH)2表面會吸附溶液中的硫酸鹽,所以要用蒸餾水洗滌除去雜質,

因此,本題正確答案是:除去沉淀表面硫酸鹽雜質;

(6) 由溫度對萃取率的影響圖可知,常溫下鈦的萃取率已經(jīng)比較高(90%以上),溫度升高對萃取率的增加幅度很小,所以不必升溫,實驗時選擇在常溫下進行即可,

因此,本題正確答案是:因常溫下鈦的萃取率已經(jīng)比較高(90%以上),溫度升高對萃取率的增加幅度很小,所以不必升溫;

(7) [TiO(H2O2)]2+2(HA)2 [TiO(H2O2)](HA2)22H+,根據(jù)平衡移動原理,反萃取過程是使平衡逆向移動,可以采取增大生成物濃度得方法,即增大氫離子濃度,加入的試劑XH2SO4,

因此,本題正確答案是:H2SO4。

練習冊系列答案
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(1)已知某溫度下某反應的化學平衡常數(shù)表達式為:K=c(H2O)/[ c(CO)·c(H2)]所對應的化學反應方程式為:________

(2)已知在一定溫度下:

①C(s)+CO2(g) 2CO(g) △H1=a kJ/mol 平衡常數(shù)K1;

②CO(g)+H2O(g) H2(g)+CO2(g) △H2=b kJ/mol 平衡常數(shù)K2

③C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)△H3 平衡常數(shù)K3。

則K1、K2、K3之間的關系是:________,△H3=________(用含a、b的代數(shù)式表示)。

(3)煤化工通常通過研究不同溫度下平衡常數(shù)以解決各種實際問題。已知等體積的一氧化碳和水蒸氣進入反應器時,發(fā)生如下反應:CO(g)+H2O(g) H2(g)+CO2(g),該反應平衡常數(shù)隨溫度的變化如下表所示:

溫度/℃

400

500

800

平衡常數(shù)K

9.94

9

1

該反應的正反應方向是________反應(填“吸熱”或“放熱”),若在500℃時進行,設起始時CO和H2O的起始濃度均為0.020 mol/L,在該條件下,CO的平衡轉化率為:________。

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【題目】鋰離子電池與傳統(tǒng)電池相比,充電更快,功率密度更高,使用時間更長,在手機和筆記本電腦等便攜式電子產(chǎn)品上廣泛應用。工業(yè)上常以鋰輝礦(主要成分為 LiAlSi2O6,還含有FeOMgO、CaO等雜質)為原料來制取金屬鋰,其中一種工藝流程如下

已知

①部分金屬氫氧化物開始沉淀和完全沉淀時的pH

Li2CO3的溶解度隨溫度變化如圖所示:

試回答下列問題:

(1)酸浸時,為了提高浸取率可采取升高溫度、粉碎礦石、攪拌、過濾后再次浸取等措施還可通過_______來提高浸取率。

(2)反應I中應調(diào)節(jié)pH范圍為_______,沉淀A的成分除H2SiO3、CaCO3、Al(OH)3外,還有___________

(3)反應Ⅱ的離子方程式為_________________。

(4)“操作I"的名稱為______;洗滌Li2CO3沉淀要使用___(選填熱水冷水”),理由是_________。

(5)已知銣(Rb)是制造光電管的材料,它與鋰同主族。將 amol CH3 COORb溶于水配成溶液,向該溶液中滴加 bLc molL醋酸后,溶液呈中性。則c=_______(用含a、b的式子表示;已知25℃時,CH3COOH電離平衡常數(shù)ka2105)。

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【題目】右圖為實驗室制取乙炔并驗證其性質的裝置圖。下列說法不合理的是

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B.KMnO4酸性溶液褪色,說明乙炔具有還原性

C.用Br2的CCl4溶液驗證乙炔的性質,不需要除雜

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_____

___

___

_____

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(5)裝置C中反應的化學方程式為___。

(6)已知鐵舟中金屬鋰質量為7.0g,將E中鐵舟連同所裝固體在實驗前后進行稱重,所得數(shù)據(jù)如下表所示,則Li3N的產(chǎn)率約為________%。(保留一位小數(shù))

采集時間

實驗前

實驗后

實驗數(shù)據(jù)

40.2g

44.6g

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3)按還原劑和氧化劑順序將反應物填入下列空格中,配平,并標出電子轉移的方向和數(shù)目:

___________________

4)若反應中濃H2SO4過量,則產(chǎn)物中無X生成,請完成此反應的化學方程式:_____。在上述過程中,若有0.4mol濃硫酸被還原,反應中轉移電子的物質的量為_____mol。

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A. I中,甲、乙的平衡常數(shù)分別為K1、K2,則K1<K2

B. 中,平衡狀態(tài)甲與乙相比,平衡狀態(tài)甲的反應物轉化率低

C. 中,t時間是增大了壓強

D. 是反應分別在甲、乙條件下達到平衡,說明乙溫度高于甲

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