【題目】2019年諾貝爾化學(xué)獎授予在開發(fā)鋰離子電池方面做出卓越貢獻的三位化學(xué)家。利用處理后的廢舊鋰離子電池材料(主要成分為Co3O4,還含有少量鋁箔、LiCoO2等雜質(zhì))制備CoO,工藝流程如圖:

回答下列問題:

1Co元素在元素周期表中的位置___

2)廢舊鋰離子電池拆解前進行放電處理有利于鋰在正極回收的原因是___;提高堿浸效率的措施有____(至少寫兩種)。

3)不同浸出劑酸溶結(jié)果如表:

出劑

浸出液化學(xué)成分/gL-1

鈷浸出率/%

Co

Al

aHCl

80.84

5.68

98.4

bH2SO4

65.0

6.22

72.3

cH2SO4+Na2S2O3

84.91

5.96

98.0

①浸出劑(a)的鈷浸出率最高,而實際工藝中一般不選用浸出劑(a)的原因是____

②溫度越高浸出反應(yīng)速率越快,所以酸溶一般選用較高的溫度。據(jù)此你選擇的浸出劑是___(填序號),理由是___

③從氧化還原角度分析,還原等物質(zhì)的量的Co3O4,需要___(填“H2O2“Na2S2O3)物質(zhì)的量更少。

④綜上分析,寫出最合適的浸出劑與Co3O4反應(yīng)的化學(xué)方程式____。

4)已知:Ksp[CoOH2]=1.0×10-15,KspLi2CO3=1.7×10-3,KspCoCO3=1.5×10-13。若濾液2Co2+含量為5.9×10-2gL1,計算判斷沉碳酸鈷應(yīng)調(diào)節(jié)pH不高于____。

【答案】第四周期第VIII 放電有利于Li+向正極移動并進入正極材料 粉碎、適當增大NaOH溶液的濃度(或適當升高溫度等) Cl2生成,污染空氣 c Co3O4能氧化Cl-,生成有污染性的氯氣,而Na2S2O3在溶液中受熱影響小,因此選擇(c)效果優(yōu)于前者 Na2S2O3 4Co3O4+Na2S2O3+11H2SO4=12CoSO4+Na2SO4+11H2O 8.0

【解析】

1Co原子序數(shù)是27,根據(jù)原子結(jié)構(gòu)推斷其在周期表的位置;
2)原電池放電時,陽離子由負極移向正極,提高浸取率的措施有固體粉碎、玻璃棒攪拌、適當升高浸取液的溫度和增大浸取液的濃度、延長浸取時間等;
3)廢料用堿液溶解,過濾得到濾液①偏鋁酸鈉溶液和鈷渣;用H2SO4Na2S2O3溶解鈷渣,發(fā)生的反應(yīng)為4Co3O4+Na2S2O3+11H2SO4=12CoSO4+Na2SO4+11H2O,得到含有鈷離子的溶液,然后調(diào)節(jié)溶液pH并用碳酸鈉溶液將鈷離子轉(zhuǎn)化成碳酸鈷沉淀,過濾得到碳酸鈷沉淀,灼燒碳酸鈷得到氧化鈷,據(jù)此分析解答;

4)先求出c(Co2+),再根據(jù)KspCo(OH)2=c(Co2+)×c2(OH-)=1.0×10-15進行計算。

(1)Co原子序數(shù)是27,核外電子排布式為[Ar]3d74s2,位于第四周期第VIII族,故答案為:第四周期第VIII族;

(2)原電池放電時,電解質(zhì)溶液中陽離子由負極移向正極,所以廢舊鋰離子電池拆解前進行放電處理有利于Li+向正極移動并進入正極材料;提高浸取率的措施有固體粉碎、玻璃棒攪拌、適當升高浸取液的溫度和增大浸取液的濃度等,故答案為:放電有利于Li+向正極移動并進入正極材料;粉碎、適當增大NaOH溶液的濃度(或適當升高溫度等);

(3)①因Co3O4有較強氧化性,能氧化溶液里的Cl-,生成的氯氣對環(huán)境有污染,發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為Co3O4+2Cl-+8H+=3Co2++Cl2↑+4H2O,故答案為:有Cl2生成,污染空氣;

②根據(jù)表中不同浸出劑酸溶實驗結(jié)果可知,使用HClH2SO4+Na2S2O3時浸出液化學(xué)成分中Co的含量高、鈷浸出率也較高,Co3O4有較強氧化性,在酸性條件下氧化S2O32-生成SO42-,但Co3O4也能氧化Cl-,生成有污染性的氯氣,不符合綠色化學(xué)理念,所以綜合考慮應(yīng)選擇的浸出劑是H2SO4+Na2S2O3,即(c),故答案為:(c);Co3O4能氧化Cl-,生成有污染性的氯氣,而Na2S2O3在溶液中受熱影響小,因此選擇(c)效果優(yōu)于前者;

Co3O4Co2+2e-,H2O2O22e-Na2S2O32Na2SO44e-,若還原1molCo3O4,則轉(zhuǎn)移電子2mol,被氧化的H2O2的物質(zhì)的量為1mol、被氧化的Na2S2O3的物質(zhì)的量為0.5mol,所以還原等物質(zhì)的量的Co3O4,需要Na2S2O3的物質(zhì)的量更少,故答案為:Na2S2O3

④綜上考慮,最合適的浸出劑為H2SO4+Na2S2O3,根據(jù)電子守恒和原子守恒配平、寫出的反應(yīng)的化學(xué)方程式4Co3O4+Na2S2O3+11H2SO4=12CoSO4+Na2SO4+11H2O,故答案為:4Co3O4+Na2S2O3+11H2SO4=12CoSO4+Na2SO4+11H2O;

(4)若濾液2中含Co2+5.9×10-2gL-1,c(Co2+)=L1=10-3mol/L,且Ksp[Co(OH)2]=c(Co2+c2(OH-)=1.0×10-15,則恰好轉(zhuǎn)化為Co(OH)2時溶液中c(OH-)=mol/L=10-6mol/L,c(H+)=10-8mol/L,此時溶液pH=8.0,即沉碳酸鈷應(yīng)控制pH不高于8.0,故答案為:8.0。

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:

【題目】實驗室用圖所示裝置制備KClO溶液,并通過KClO溶液與溶液的反應(yīng)制備高效水處理劑已知具有下列性質(zhì)可溶于水、微溶于濃KOH溶液,、強堿性溶液中比較穩(wěn)定,催化作用下發(fā)生分解,在酸性至弱堿性條件下,能與水反應(yīng)生成。

1)裝置A與鹽酸反應(yīng)生成,其化學(xué)方程式為______,裝置B的作用是______。

2KOH在較高溫度下反應(yīng)生成,試寫出該反應(yīng)的離子方程式______。

3)制備時,KClO飽和溶液與飽和溶液的混合方式為:在攪拌下,將飽和溶液緩慢滴加到KClO飽和溶液中。理由是______。

4)已知能溶于NaOH溶液生成下表列出了幾種離子生成氫氧化物沉淀的開始沉淀的pH按金屬離子濃度為計算。

開始沉淀的pH

沉淀完全的pH

實驗中可選用的試劑:、、由某硫酸鋅溶液、雜質(zhì)制備ZnO的實驗步驟依次為:

______;

______;

過濾;

______;

過濾、洗滌、干燥;

煅燒。

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

【題目】亞硝酸鈉(NaNO2)是肉制品生產(chǎn)中最常使用的一種食品添加劑,某化學(xué)興趣小組利用一氧化氮與過氧化鈉反應(yīng)制備亞硝酸鈉并進行一系列實驗探究。

查閱資料:

①NO2能與Na2O2反應(yīng);

②在酸性溶液中,NO2可將MnO4還原為Mn2+且無氣體生成。

③NO不與堿反應(yīng),可被酸性KMnO4溶液氧化為硝酸。

Ⅰ.制備亞硝酸鈉

(1)裝置A用恒壓滴液漏斗,相比普通分液漏斗,顯著的優(yōu)點是____________________________。

(2)上述裝置按氣流方向連接的順序為:a→____________________(填儀器接口的字母編號)。

(3)D中反應(yīng)的方程式為_____________________________。如果沒有B裝置,D中生成的亞硝酸鈉中含有的雜質(zhì)有______________(填化學(xué)式)。

(4)C裝置的作用是_________________(用離子方程式表示)。

Ⅱ.測定產(chǎn)品純度,實驗步驟:

①準確稱量4.000 g產(chǎn)品配成250 mL溶液。

②從步驟①配制的溶液中移取25.00 mL加入錐形瓶中。

③用0.1000 mol/L酸性KMnO4溶液滴定至終點。

④重復(fù)以上操作3次,消耗酸性KMnO4溶液的平均體積為20.00 mL。

(5)達到滴定終點的現(xiàn)象是____________。產(chǎn)品中NaNO2的純度為______________%。

(6)設(shè)計實驗證明HNO2的酸性比CH3COOH強_________

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

【題目】下列有關(guān)熱化學(xué)方程式的敘述正確的是

A.已知,則的燃燒熱為

B.已知甲烷氧化:,則反應(yīng)物的鍵能總和大于生成物的鍵能總和

C.已知,則將置于一密閉容器中充分反應(yīng)后放出的熱量

D.的稀溶液與稀鹽酸完全中和,放出的熱量,則該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為:

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

【題目】乳酸亞鐵晶體([CH3CHOHCOO]2Fe3H2O,Mr=288)是常用的補鐵劑。乳酸亞鐵可由乳酸與FeCO3反應(yīng)制得。

Ⅰ.制備碳酸亞鐵(FeCO3

1)儀器B的名稱是______。

2)利用如圖所示裝置進行實驗,進行以下兩步操作:

第一步:打開活塞1、3,關(guān)閉活塞2,反應(yīng)一段時間;

第二步:關(guān)閉活塞3,打開活塞2,發(fā)現(xiàn)C中有白色沉淀和氣體生成。

①第-步驟的目的是:______。

C中反應(yīng)生成白色沉淀的離子方程式是:______。

③儀器C中的混合物經(jīng)過濾,洗滌后得到FeCO3沉淀,檢驗其是否洗凈的方法是______(填操作,現(xiàn)象和結(jié)論)。

④從產(chǎn)品純度角度指出該實驗裝置中存在的缺陷______。

Ⅱ.制備乳酸亞鐵晶體和定量測量

1)制備乳酸亞鐵晶體。將制得的FeCO3加入到乳酸溶液中,加入少量鐵粉,在70℃下攪拌使反應(yīng)充分進行,一段時間后,經(jīng)過分離提純操作,從所得溶液中得到乳酸亞鐵晶體。請設(shè)計實驗檢測產(chǎn)品在制備過程是否因氧化而發(fā)生變質(zhì)(填操作,現(xiàn)象和結(jié)論):______

2)用碘量法測定晶體樣品中鐵元素的含量并計算樣品的純度。稱取3.00g晶體樣品,在足量空氣中灼燒成灰,加足量稀鹽酸溶解,將所有可溶物配成l00mL溶液。取25.00mL該溶液加入過量的KI反應(yīng),加入幾滴______作指示劑,用0.10mol/L的硫代硫酸鈉溶液滴定(I2+2S2O32-=S4O62-+2I-),重復(fù)實驗3次,滴定終點時平均消耗硫代硫酸鈉25.00mL,則樣品純度為______。

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

【題目】重鉻酸鈉俗稱紅礬鈉,是重要的化工產(chǎn)品和強氧化劑.工業(yè)制備紅礬鈉的流程如下:

(1)化學(xué)上可將某些鹽寫成氧化物的形式,如可寫成,則可寫成 ______

(2)煅燒鉻鐵礦時,礦石中難溶的生成可溶于水的,反應(yīng)化學(xué)方程式如下:為了加快該反應(yīng)的反應(yīng)速率,可采取的措施是 ______ 寫一種即可

(3)已知在不同的酸性溶液中有不同的反應(yīng),如:

①往混合溶液甲中加入硫酸必須適量的原因是 ______

②混合溶液乙中溶質(zhì)的化學(xué)式是 ______

(4)在含廢水中存在著平衡:,請寫出該平衡的平衡常數(shù)表達式 ______ ,若繼續(xù)加水稀釋,平衡將 ______ 移動正向、逆向”“

(5)請配平堿性溶液還原法中發(fā)生的離子反應(yīng):--_________

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

【題目】已知NA是阿伏加德羅常數(shù)的值,下列說法錯誤的是(

A.20gD2O含有的中子數(shù)為10NA

B.1L0.1mo1L-1亞硫酸鈉溶液含有的SO32-數(shù)目為0.1NA

C.1molKMnO4被還原為Mn2+轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為5NA

D.16gO232gO3的混合物中所含原子數(shù)為3NA

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

【題目】已知XYZ三種元素的原子序數(shù)之和等于42。X元素原子的4p軌道上有3個未成對電子,Y元素原子的最外層2p軌道上有2個未成對電子。XY可形成化合物X2Y3,Z元素可以形成負一價離子。請回答下列問題:

1X元素原子基態(tài)時的電子排布式為___,該元素的符號是___

2Y元素原子的價層電子的電子排布圖為___,該元素的名稱是___;

3XZ可形成化合物XZ3,該化合物的空間構(gòu)型為___;

4)已知化合物X2Y3在稀硫酸溶液中可被金屬鋅還原為XZ3,產(chǎn)物還有ZnSO4H2O,該反應(yīng)的化學(xué)方程式是___。

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

【題目】K3[FeC2O43]3H2O(三草酸合鐵酸鉀晶體)為翠綠色晶體,可用于攝影和藍色印刷,110℃失去結(jié)晶水,230℃分解。某化學(xué)研究小組對K3[FeC2O43]3H2O受熱分解生成的氣體產(chǎn)物和固體產(chǎn)物進行探究。

實驗一:探究實驗所得的氣體產(chǎn)物,按如圖裝置進行實驗(夾持儀器已略去,部分裝置可重復(fù)使用)

(1)實驗室常用飽和NH4Cl和飽和NaNO2的混合液制N2,反應(yīng)的化學(xué)方程式為__。

(2)裝置的連接順序為:A→__________→F(填各裝置的字母代號)。__

(3)檢查裝置氣密性后,先通一段時間N2,其目的是__,實驗結(jié)束時熄滅A、C兩處的酒精燈,繼續(xù)通N2至常溫,其目的是__。

(4)實驗過程中觀察到F中的溶液變渾濁,C中有紅色固體生成,則氣體產(chǎn)物__(填化學(xué)式)。

實驗二:分解產(chǎn)物中固體成分的探究

5)定性實驗:經(jīng)檢驗,固體成分含有K2CO3、FeOFe。

定量實驗:將固體產(chǎn)物加水溶解、過濾洗滌、干燥,得到含鐵樣品。完成上述實驗操作,需要用到下列儀器中的___(填儀器編號)

設(shè)計下列三種實驗方案分別對該含鐵樣品進行含量的測定

甲方案:ag樣品溶液得固體bg

乙方案:ag樣品測得氣體體積VmL(標況)

丙方案:ag樣品250mL溶液三次平均消耗0.1molL-1酸性KMnO4溶液VbmL

你認為以上方案中可以確定樣品組成的有__方案。

6)經(jīng)測定產(chǎn)物中nFeO):nFe)=11,寫出K3[FeC2O43]3H2O分解的化學(xué)方程式__

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