10.鈦鐵礦的主要成分為FeTiO3(可表示為FeO•TiO2).用濃鹽酸溶解鈦鐵礦去渣得溶液(含有Fe2+、TiOCl42-等),調(diào)節(jié)溶液的pH并加熱,過濾的TiO2和濾液.控制反應(yīng)溫度在95℃左右,向濾液中加入H2O2和NH4H2PO4得到FePO4.再將FePO4與Li2CO3和H2C2O4一起煅燒,可制取LiFePO4.有關(guān)數(shù)據(jù)如下表所示:
化合物Fe(OH)2Fe(OH)3FePO4Fe3(PO42
Ksp近似值10-1710-3810-2210-36
(1)FeTiO3中Ti的化合價為+4,鹽酸與FeTiO3反應(yīng)的離子方程式為FeTiO3+4H++4Cl-=Fe2++TiOCl42-+2H2O.檢驗溶液中Fe2+的方法是先滴加KSCN溶液,不顯血紅色,再加入過氧化氫,溶液顯血紅色.
(2)為提供FePO4的產(chǎn)率,根據(jù)上述制備方法和表中數(shù)據(jù),應(yīng)采取的正確措施是d(填正確答案的標號).
a.不加H2O2 b.調(diào)節(jié)溶液pH至5 c.降低反應(yīng)溫度 d.增大NH4H2PO4的用量
(3)磷的含氧酸H3PO2與足量的NaOH溶液反應(yīng),生成NaH2PO2.則H3PO2為一元酸;在LiFePO4中的化學(xué)鍵有離子鍵、共價鍵,在制備LiFePO4的過程中加入H2C2O4的作用是還原FePO4
(4)LiFePO4可作鋰電池的電極材料.充電時,Li+從LiFePO4晶格中遷移出來,部分LiFePO4轉(zhuǎn)化為Li1-xFePO4,則陽極的電極反應(yīng)式為LiFePO4-xe-═Li1-xFePO4+xLi+
(5)電化學(xué)還原TiO2是獲取金屬鈦的常用方法.采用熔融鹽作電解質(zhì),用石墨作陽極,總反應(yīng)為TiO2$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Ti+O2
①電解過程中,陽極不斷被消耗而需要定期更換,其原因是2O2--4e-═O2↑,C+O2=CO2(用反應(yīng)式表示).
②電解由含80%FeTiO3的鈦鐵礦制取的TiO2得到12kg金屬鈦,已知電流效率為76%,則至少需要該種鈦鐵礦62.5kg.(電流效率=$\frac{實際產(chǎn)量}{理論產(chǎn)量}$×100%)

分析 (1)根據(jù)化合物中各元素化合價代數(shù)和為零分析,可以判斷鈦元素化合價為+4價;鈦鐵礦的主要成分為鈦酸亞鐵(FeTiO3),根據(jù)流程可知,鈦酸亞鐵與稀鹽酸反應(yīng)生成了水和FeTiOCl4;KSCN與Fe3+作用使溶液顯血紅色,與Fe2+作用無此現(xiàn)象,依此進行分析判斷;
(2)向濾液中加入H2O2和NH4H2PO4得到FePO4,過氧化氫氧化亞鐵離子,與磷酸根離子形成沉淀,據(jù)此分析應(yīng)采取的正確措施,物質(zhì)的Ksp越小,越容易形成沉淀;
(3)磷的含氧酸H3PO2與足量的NaOH溶液反應(yīng),生成NaH2PO2,NaH2PO2為正鹽,H3PO2為一元酸;一般來說,金屬元素與非金屬元素形成離子鍵,同種非金屬元素之間形成極性共價鍵,不同非金屬元素之間形成極性共價鍵;H2C2O4中的碳為+3價,具有還原性;
(4)充電時,為電解池,陽極LiFePO4發(fā)生氧化反應(yīng);
(5)①用石墨做陽極,碳不斷被生成的氧氣氧化;②根據(jù)鈦元素質(zhì)量守恒計算至少需要該種鈦鐵礦的質(zhì)量.

解答 解:(1)鈦鐵礦的主要成分為FeTiO3(可表示為FeO•TiO2),鐵的化合價為+2價,氧元素的化合價為-2價,設(shè)鈦元素的化合價為x,根據(jù)化合物中各元素化合價的代數(shù)和為零的規(guī)律,可得+2+x+(-2)×3=0;解之得x=+4,根據(jù)工藝流程可知,F(xiàn)eTiO3與稀鹽酸反應(yīng)生成了水和FeTiOCl4,反應(yīng)的離子方程式為:FeTiO3+4H++4Cl-=Fe2++TiOCl42-+2H2O,KSCN與Fe3+作用使溶液顯紅色,與Fe2+作用無此現(xiàn)象,故先滴加KSCN溶液,不顯血紅色,說明原溶液不含有Fe3+;再加入過氧化氫,溶液顯血紅色,說明溶液中有Fe3+生成,即過氧化氫氧化亞鐵離子,說明原溶液中含有Fe2+,
故答案為:+4;FeTiO3+4H++4Cl-=Fe2++TiOCl42-+2H2O;先滴加KSCN溶液,不顯血紅色,再加入過氧化氫,溶液顯血紅色;
(2)a.FePO4中的鐵為+3價鐵,加H2O2 目的氧化亞鐵離子且不引入新的雜質(zhì),不加H2O2 無法氧化得不到FePO4,故a不選;
b.Fe(OH)3的Ksp=1×10-38,要使溶液中的Fe3+沉淀完全,殘留在溶液中的c(Fe3+)<10-5mol•L-1;Ksp=c(Fe3+)c3(OH-)=10-5×c3(OH-)=1×10-38 c(OH-)=1×10-11mol/L,c(H+)=1×10-3mol/L,即PH>3即可形成沉淀,調(diào)節(jié)溶液pH至5,得到氫氧化鐵沉淀,不利于FePO4的生成,故b不選;
c.磷酸為中強酸,降低反應(yīng)溫,不利于NH4H2PO4的電離,不利于FePO4的生成,故c不選;
d.增大NH4H2PO4的用量,增大磷酸根的濃度,有利于FePO4的生成,故d選;
故答案為:d;
(3)磷的含氧酸H3PO2與足量的NaOH溶液反應(yīng),生成NaH2PO2,說明次磷酸中只能電離出一個氫離子,電離方程式為:H3PO2?H++H2PO2-,為一元強酸,在LiFePO4中Li+、Fe2+,與PO43-形成離子鍵,PO43-中磷和氧形成共價鍵,H2C2O4中的碳為+3價,在制備LiFePO4的過程中加入H2C2O4的作用是還原FePO4,將+3價鐵還原成+2價的鐵,
故答案為:一;離子鍵、共價鍵;還原FePO4
(4)充電時,為電解池,根據(jù)部分LiFePO4轉(zhuǎn)化為Li1-xFePO4,可知陽極的電極反應(yīng)式為:LiFePO4-xe-═Li1-xFePO4+xLi+,
故答案為:LiFePO4-xe-═Li1-xFePO4+xLi+;
(5)①電化學(xué)還原TiO2,陽極發(fā)生:2O2--4e-═O2↑,C+O2=CO2,碳不斷被生成的氧氣氧化,因此電解過程中,陽極不斷被消耗而需要定期更換,
故答案為:2O2--4e-═O2↑,C+O2=CO2;
②設(shè)至少需要該種鈦鐵礦質(zhì)量為m,根據(jù)鈦元素質(zhì)量守恒,則$\frac{m×80%×1{0}^{3}g}{152g/mol}$×76%×48g/mol=12×103g,解得m=6.25×104g=62.5kg,
故答案為:62.5.

點評 本題考查了LiFePO4的制取,涉及沉淀溶解平衡、電解池工作原理、化學(xué)方程式書寫等知識,題目難度中等,注意掌握電解池工作原理,注意把握題中信息,能夠正確提取題中信息,聯(lián)系所學(xué)知識進行解答,試題充分培養(yǎng)了學(xué)生的分析、理解能力及靈活應(yīng)用所學(xué)知識的能力.

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:多選題

3.常溫下,用 0.1mol•L-1 HCl溶液滴定10.0mL濃度為0.1mol•L-1 Na2CO3溶液,所得滴定曲線如圖所示.下列說法正確的是( 。
A.當V=0時:c(CO32-)>c(HCO3-)>c(OH-)>c(H2CO3
B.當V=5時:3c(CO32-)+3c(HCO3-)+3c(H2CO3)=2c(Na+
C.當V=10時:c(Na+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(H2CO3
D.當V=a時:c(Na+)>c(Cl-)>c(H+)=c(OH-

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

1.化學(xué)反應(yīng)限度的調(diào)控在工業(yè)生產(chǎn)和環(huán)保技術(shù)等方面得到了廣泛的應(yīng)用,如果設(shè)法提高化學(xué)反應(yīng)的限度,下面說法錯誤的是( 。
A.能夠節(jié)約原料和能源B.能提高產(chǎn)品的產(chǎn)量
C.能夠提高化學(xué)反應(yīng)速率D.能夠提高經(jīng)濟效益

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

18.設(shè)NA為阿伏伽德羅常數(shù)的值,下列敘述正確的是( 。
A.7.8gNa2S和Na2O2的混合物中含有的陰離子數(shù)目大于0.1NA,小于0.2NA
B.常溫下0.1mol•L-1的NH4NO3溶液中氮原子數(shù)為0.2NA
C.標準狀況下,2.24L CHCl3的分子數(shù)為0.1NA
D.19gT35Cl和H37Cl的混合物中所含中子數(shù)為10NA

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

5.如表為元素周期表前四周期的一部分,X、W、Y、R、Z分別代表元素符號,其中R元素的原子每個電子層都達到穩(wěn)定結(jié)構(gòu).下列敘述中正確的是( 。
A.XZ3是平面正三角形分子
B.鈉與X形成的化合物Na3X和NaX3都是含有共價鍵的離子晶體
C.W與Y元素的最高價氧化物對應(yīng)的水化物酸性前者弱于后者
D.X的氫化物比W的氫化物穩(wěn)定,但沸點前者比后者低

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

15.短周期元素X、Y、Z中,X與Y的原子核外電子層數(shù)相同,X的原子半徑大于Y,Xm+與Zn+具有相同的電子 層結(jié)構(gòu).下列敘述一定正確的是( 。
A.X、Y、Z三種元素位于元素周期表中的同一周期
B.X、Y、Z三種元素的原子半徑依次減小
C.X、Y、Z三種元素的原子序數(shù)大小為Y>Z>X
D.若m>n.則Xm+的半徑大于Zn+的半徑

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

2.一種用于治療高血脂的新藥-滅脂靈可按如下路線合成:

已知:①RCHO+$\stackrel{稀堿}{→}$
②一個碳原子上同時連接兩個羥基,通常不穩(wěn)定,易脫水形成羧基.如:
R--OH$\stackrel{-H_{2}O}{→}$RCHO
③G的分子式為C10H22O3
(1)寫出B、E的結(jié)構(gòu)簡式:BHCHO,E
(2)F中含有的官能團的名稱是醛基.
(3)反應(yīng)①~⑤中屬于取代反應(yīng)的有①②⑤(填序號).
(4)CH3(CH26CHO有多種同分異構(gòu)體,寫出同時符合下列條件的所有同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡式:(CH3CH23CCHO 或(CH33CC(CH32CHO.
Ⅰ.能發(fā)生銀鏡反應(yīng)Ⅱ.烴基上的一氯取代物只有兩種
(5)鑒別F和I的實驗方法是把F和 I配成溶液,分別滴加紫色石蕊試液,如變紅的是苯甲酸(即I),不變色的是苯甲醛(即F).
(6)反應(yīng)②的化學(xué)方程式為
反應(yīng)⑤的化學(xué)方程式為

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

19.為防止食鹽結(jié)塊,通?稍谑雏}中添加K4[Fe(CN)6](亞鐵氰化鉀)作為抗結(jié)劑.亞鐵氰化鉀易溶于水,在水溶液中會電離出K+和[Fe(CN)6]4-,在高于400℃時,K4[Fe(CN)6]會發(fā)生分解,產(chǎn)生劇毒的KCN、C、N2和灰白色固體化合物甲.將18g甲在足量氧氣中灼燒,得到紅棕色固體乙和2.24L(已折算成標準狀況)CO2
請回答下列問題:
(1)甲的化學(xué)式Fe3C.
(2)亞鐵氰化鉀與稀硫酸共熱會發(fā)生非氧化還原反應(yīng),并產(chǎn)生一種常見的含氧還原性有毒氣體,寫出該反應(yīng)的離子方程式[Fe(CN)6]4-+12H++6H2O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe2++6NH4++6CO↑.
(3)乙與某些氣體混合物共熱可制取甲,下列氣體混合物不符合要求的是BC.
A.CO、CO2、H2      B.O2、CO2      C.CO2、H2O     D. H2、CO
(4)甲也可由某單質(zhì)與甲烷高溫下生成,寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式3Fe+CH4$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe3C+2H2
(5)在工業(yè)上可將含氰廢水經(jīng)蒸汽加熱,使HCN氣體逸出,用碳酸鉀溶液在填充鐵粉的塔內(nèi)循環(huán)吸收,即生成亞鐵氰化鉀,同時還產(chǎn)生兩種常見氣體,寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式6HCN+2K2CO3+Fe=K4[Fe(CN)6]+2CO2+H2+2H2O.
(6)請設(shè)計實驗方案檢驗食鹽中是否添加了K4[Fe(CN)6]用鐵粉、稀硫酸、雙氧水制備硫酸鐵溶液,將硫酸鐵溶液滴入食鹽水中,產(chǎn)生藍色沉淀,證明含有K4Fe(CN)6,否則沒有.
備選試劑:鐵粉、稀硫酸、CuSO4溶液、雙氧水.(已知:K4Fe(CN)6與Fe3+會產(chǎn)生藍色沉淀)

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:實驗題

20.氨基甲酸銨(NH2COONH4)是一種白色固體,受熱易分解.某小組模擬制備氨基甲酸銨,反應(yīng)如下:2NH3(g)+CO2(g)?NH2COONH4(s)△H<0
(1)如用下圖I裝置制取氨氣,錐形瓶中可選擇的試劑是氫氧化鈉固體(或濃氨水與堿石灰或濃氨水與生石灰)等.
(2)制備氨基甲酸銨的裝置如圖Ⅱ所示,把NH3和CO2通入四氯化碳中,不斷攪拌混合,生成的氨基甲酸銨的小晶體懸浮在CCl4中.當懸浮物較多時,停止制備.
干燥的NH3液體石蠟鼓泡瓶電動攪拌器ⅢCCl4尾氣處理冰水液體石蠟鼓泡瓶干燥的CO2

注:CCl4與液體石蠟均為惰性介質(zhì).
①圖I中滴加液體的儀器名稱是分液漏斗,液體石蠟鼓泡瓶的作用是通過觀察氣泡,調(diào)節(jié)NH3與CO2通入比例(或通過觀察氣泡,控制NH3與CO2的反應(yīng)速率),發(fā)生器用冰水冷卻的原因是降低溫度,提高反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率(或降低溫度,防止因反應(yīng)放熱造成產(chǎn)物分解).
②從反應(yīng)后的混合物中分離出產(chǎn)品的實驗方法是過濾(填寫操作名稱),為了得到干燥產(chǎn)品,應(yīng)采取的方法是b(填寫選項序號).
a.常壓加熱烘干b.減壓40℃以下烘干c.高壓加熱烘干
(3)制得的氨基甲酸銨可能含有碳酸氫銨、碳酸銨中的一種或兩種.
①設(shè)計方案,進行成分探究,請?zhí)顚懕碇锌崭瘢捱x試劑:蒸餾水、稀HNO3、BaCl2溶液、Ba(OH)2溶液、AgNO3溶液、稀鹽酸.
實驗步驟預(yù)期現(xiàn)象和結(jié)論
步驟1:取少量固體樣品于試管中,加入蒸餾水至固體溶解.得到無色溶液
步驟2:向試管中加入過量的BaCl2溶液,靜置.溶液變渾濁,則證明固體中含有(NH42CO3
步驟3:取步驟2的上層清液于試管中加入少量的Ba(OH)2溶液.溶液不變渾濁,則證明固體中不含有NH4HCO3
②根據(jù)①的結(jié)論:取氨基甲酸銨樣品3.91g,用足量氫氧化鋇溶液充分處理后,過濾、洗滌、干燥,測得沉淀質(zhì)量為1.97g.則樣品中氨基甲酸銨的質(zhì)量分數(shù)為75.4%.[Mr(NH2COONH4)=78、Mr(NH4HCO3)=79、Mr((NH42CO3)=96、Mr(BaCO3)=197].

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同步練習(xí)冊答案