【題目】從鈷鎳廢渣(主要成分為Co2O3、NiS及鐵、鋁等元素的化合物等雜質(zhì))中提取制備鋰離子電池的電極材料LiCoO2的工藝如下:
已知:CoC2O4 2H2O 微溶于水,它的溶解度隨溫度升高而逐漸增大,且能與過(guò)量的離子生成而溶解。
(1) “煅燒1”的主要目的是________________。
(2) “還原酸浸”過(guò)程中Co2O3發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為 ______________。
(3) “除鐵、鋁”過(guò)程的兩種試劑的作用分別是______________________。
(4)“沉鈷”過(guò)程中,(NH4)2C2O4的加入量(圖a)、沉淀反應(yīng)的溫度(圖b)與鈷的沉淀率關(guān)系如圖所示:
①隨n():n(Co2+) 比值的增加,鈷的沉淀率又逐漸減小的原因是__________。
②沉淀反應(yīng)時(shí)間為10min,當(dāng)溫度高于50℃以上時(shí),鈷的沉淀率下降的原因可能是_______。
(5)為了獲得較為純凈的CoC2O42H2O,“操作X”的實(shí)驗(yàn)操作為_______________。
(6)已知煅燒CoC2O42H2O時(shí)溫度不同,產(chǎn)物不同。400℃時(shí)在空氣中充分煅燒,得到鈷的氧化物質(zhì)量為2.41g,CO2的體積為1.344L(標(biāo)準(zhǔn)狀況下),則此時(shí)所得鈷的氧化物的化學(xué)式為____________ 。
(7)利用鋰離子能在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運(yùn)動(dòng)的特性,開發(fā)出石墨烯電池,電池反應(yīng)式為LixC6+Li1-xCoO2C6+ LiCoO2,其工作原理如圖。則充電時(shí)LiCoO2的電極反應(yīng)式為__________________。
【答案】使原料充分氧化,使雜質(zhì)分解,排除揮發(fā)成分,改變結(jié)構(gòu)便于粉化 Co2O3+SO2+2H+=2Co2+++H2O 將Fe2+氧化為Fe3+;調(diào)節(jié)pH,促進(jìn)水解,使溶液中Fe3+、Al3+生成沉淀除去 過(guò)量的與Co2+ 反應(yīng)生成而溶解 CoC2O4的溶解度隨溫度升高而逐漸增大 過(guò)濾、洗滌、干燥 Co3O4 LiCoO2-xe- = xLi++Li1-xCoO2
【解析】
鈷鎳廢渣(主要成分為Co2O3、NiS及鐵、鋁等元素的化合物等雜質(zhì))煅燒,NiS轉(zhuǎn)化為鎳的氧化物和二氧化硫,鐵、鋁等元素的化合物也轉(zhuǎn)化為氧化物,然后用稀硫酸和二氧化硫還原酸浸,將Co3+還原為Co2+,過(guò)濾后濾液中加入NaClO3,NaClO3將Fe2+氧化為Fe3+,加入碳酸鈉調(diào)節(jié)溶液pH,使溶液中Fe3+、Al3+沉淀;加入萃取劑萃取除去鎳離子,然后再加入草酸銨將Co2+轉(zhuǎn)化為CoC2O4 2H2O微溶物,過(guò)濾洗滌得到CoC2O4 2H2O晶體;將CoC2O4 2H2O煅燒得到鈷的氧化物,再與Li2CO3燒結(jié)得到LiCoO2,據(jù)此分析解答(1)~(6);
(7)根據(jù)電池反應(yīng)式LixC6+Li1-xCoO2C6+ LiCoO2知,充電時(shí)LiCoO2極是陽(yáng)極,發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)生成Li1-xCoO2,據(jù)此書寫電極反應(yīng)式。
(1) “煅燒1”中能夠?qū)⒃铣浞盅趸,并使雜質(zhì)分解,排除揮發(fā)成分,同時(shí)改變鈷鎳廢渣結(jié)構(gòu),便于粉化,故答案為:使原料充分氧化,使雜質(zhì)分解,排除揮發(fā)成分,改變結(jié)構(gòu)便于粉化;
(2) “還原酸浸”過(guò)程中Co2O3能夠?qū)⒍趸蜓趸磻?yīng)的離子方程式為Co2O3+SO2+2H+=2Co2+++H2O,故答案為:Co2O3+SO2+2H+=2Co2+++H2O;
(3)還原酸浸后,加入NaClO3和Na2CO3,NaClO3將Fe2+氧化為Fe3+,碳酸鈉調(diào)節(jié)溶液pH,使溶液中Fe3+、Al3+沉淀,故答案為:將Fe2+氧化為Fe3+;調(diào)節(jié)pH,促進(jìn)水解,使溶液中Fe3+、Al3+生成沉淀除去;
(4)①溶液中存在化學(xué)平衡:(aq)+Co2+(aq)+2H2O(l)CoC2O42H2O(s),隨n()∶n(Co2+)比值的增加,c()增大,化學(xué)平衡正向進(jìn)行,有利于晶體析出,當(dāng)達(dá)到n()∶n(Co2+)=1.15以后,隨草酸根離子增多,會(huì)發(fā)生副反應(yīng)CoC2O42H2O+(n-1)=,使晶體部分溶解,故答案為:過(guò)量的與Co2+反應(yīng)生成而溶解;
②沉淀反應(yīng)時(shí)間為10min,當(dāng)溫度高于50℃以上時(shí),隨溫度升高而鈷的沉淀率升高的可能原因是它的溶解度隨溫度升高而逐漸增大,故答案為:CoC2O4的溶解度隨溫度升高而逐漸增大;
(5)加入草酸銨沉鈷生成CoC2O4 2H2O,CoC2O4 2H2O 微溶于水,為了獲得較為純凈的CoC2O42H2O,“操作X”為過(guò)濾、洗滌、干燥,故答案為:過(guò)濾、洗滌、干燥;
(6)n(CO2)==0.06mol,根據(jù)C原子守恒得n(CoC2O4)=0.03mol,生成的氧化物中n(Co)=0.03mol、n(O)==0.04mol,則n(Co)∶n(O)=0.03mol∶0.04mol=3∶4,所以鈷氧化物的化學(xué)式為Co3O4,故答案為:Co3O4。
(7) 根據(jù)電池反應(yīng)式為LixC6+Li1-xCoO2C6+ LiCoO2,充電時(shí),LiCoO2極是陽(yáng)極,發(fā)生失電子的氧化反應(yīng),陽(yáng)極的電極反應(yīng)為:LiCoO2-xe- = xLi++Li1-xCoO2,故答案為:LiCoO2-xe-= xLi++Li1-xCoO2。
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:
【題目】最近,科學(xué)家成功研制出一種電源,該電源在消耗二氧化碳的同時(shí),還可釋放電能。電源電極為鋁電極和多孔碳電極,電解質(zhì)溶液為草酸鹽溶液,放電過(guò)程中草酸鹽濃度基本不變,電源示意圖如圖所示。下列有關(guān)該電源的說(shuō)法正確的是
A.鋁電極電勢(shì)高于多孔碳電極
B.用該電源電解飽和食鹽水,理論上,每消耗1mol二氧化碳可收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下 11.2L 氫氣
C.若生成0.5 mol 草酸鋁,有3mol電子通過(guò)電解質(zhì)溶液
D.正極的電極反應(yīng)式為
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:
【題目】X、Y、Z、W為原子序數(shù)依次增大的短周期主族元素,只有W為金屬元素。甲、乙、丙分別為X、Z、W三種元素所對(duì)應(yīng)的單質(zhì)。A、B、C、D均為由X、Y、Z三種元素組成的化合物,化合物B的稀溶液常用于保存動(dòng)物標(biāo)本。它們的轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是
A.X與Z可組成非極性分子
B.原子半徑大小關(guān)系是:r(X)<r(Z)<r(Y)<r(W)
C.四種化合物中B的沸點(diǎn)最低
D.四種化合物中Y原子的雜化方式有2種
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:
【題目】硝酸被稱為“國(guó)防化工之母”,某化學(xué)興趣小組對(duì)濃硝酸與銅片的反應(yīng)進(jìn)行探究,請(qǐng)完成下列問(wèn)題。
(1)寫出反應(yīng)剛開始階段化學(xué)方程式,并用“雙線”橋表達(dá)電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目______________,該階段反應(yīng)現(xiàn)象為_________。
(2)最終銅有剩余,則反應(yīng)將要結(jié)束時(shí)的離子方程式是________;待反應(yīng)停止時(shí),再加入稀硫酸,這時(shí)銅片上又有氣泡產(chǎn)生,其原因是_______。
(3)用試管將反應(yīng)產(chǎn)生的NO2收集滿并倒立在足量的水中,待試管中液面不再上升時(shí),試管中剩余氣體的體積約為原氣體體積的________(相同條件下)
(4)若12.8g銅與一定質(zhì)量的濃硝酸反應(yīng),銅完全溶解時(shí),產(chǎn)生NO和NO2混合氣體共5.6L(標(biāo)準(zhǔn)狀況),則反應(yīng)中轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量為_________。
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:
【題目】下列選項(xiàng)中的原因或結(jié)論與現(xiàn)象不對(duì)應(yīng)的是( )
選項(xiàng) | 現(xiàn)象 | 原因或結(jié)論 |
A | 在H2O2中加入MnO2,能加速H2O2的分解速率 | MnO2降低了反應(yīng)所需的活化能 |
B | 向5mL 0.005mol·L-1FeCl3溶液中加入5mL0.010mol·L-1KSCN溶液,溶液呈紅色,再滴加1ml1 mol·L-1KCl溶液,溶液顏色變淺 | 增大生成物濃度,平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng) |
C | 將盛有NO2氣體的密閉容器浸泡在熱水中,容器內(nèi)氣體顏色變深 | 2NO2(g)N2O4(g)△H<0,平衡向生成NO2方向移動(dòng) |
D | 在密閉容器中有反應(yīng):A+xB(g)2C(g)。達(dá)到平衡時(shí)測(cè)得c(A)為0.5mol/L,將容器容積擴(kuò)大到原來(lái)的兩倍,測(cè)得c(A)為0.4mol/L | 若A為氣體、x>1 |
A.AB.BC.CD.D
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:
【題目】常溫下,將0.025molBaSO4粉末置于盛有蒸餾水的燒杯中形成1L 懸濁液,然后向燒杯中加入Na2CO3固體(忽略溶液體積的變化)并充分?jǐn)嚢。加?/span>Na2CO3固體的過(guò)程中溶液中幾種離子的濃度變化曲線如圖所示,下列說(shuō)法中正確的是( )
A.常溫下,Ksp(BaSO4)=2.5×10-9
B.BaSO4中的溶解度、Ksp均比在BaCl2溶液中的大
C.若要使BaSO4全部轉(zhuǎn)化為BaCO3至少要加入0.65mol Na2CO3
D.BaSO4恰好全部轉(zhuǎn)化為BaCO3時(shí),溶液中離子濃度大小關(guān)系為:c()>c()>c(Ba2+)>c(OH-)
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:
【題目】某;瘜W(xué)研究小組會(huì)試對(duì)校園附近空氣質(zhì)量進(jìn)行測(cè)定請(qǐng)回答下列問(wèn)題。
(1)甲組同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置,對(duì)空氣中SO2、懸浮顆粒物含量進(jìn)行測(cè)定。下列裝置連接的順序?yàn)?/span>(填序號(hào) )________________。
注:氣體流速管是用來(lái)測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)氣體的體積的裝置
①用上述裝置定量測(cè)定空氣中的SO2和可吸入顆粒的含量,除測(cè)定氣體流速(單位:cm3·min-1)外還需要測(cè)定____________、____________。
②已知:碘單質(zhì)微溶于水,KI可以增大碘在水中的溶解度。請(qǐng)你協(xié)助甲組同學(xué)完成100mL 5×10-4mo1 L-1碘溶液的配制:
第一步:用電子天平準(zhǔn)確稱取1.27g碘單質(zhì)加入燒杯中,______________。
第二步:將第一步所得溶液和洗滌液全部轉(zhuǎn)入_____ mL的容量瓶中,加水定容,搖勻。
第三步:從第二步所得溶液中取出10.00mL溶液倒入100mL容量瓶中,加水稀釋至刻度線,搖勻。
(2)乙組同學(xué)擬用如圖簡(jiǎn)易裝置測(cè)定空氣中的SO2含量:
①檢查該裝置的氣密性時(shí),先在試管中裝入適量的水(保證玻璃管的下端浸沒(méi)在水中)。然后__________(填寫操作方法)時(shí)。將會(huì)看到_____________(填寫實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象),則證明該裝置的氣密性良好。
②測(cè)定指定地點(diǎn)空氣中的SO2含量準(zhǔn)確移取1.00mL 5×10-4mo1L-1碘溶液,注入如圖所示試管中。用適量的蒸餾水桸釋后,再加2~3滴淀粉溶液,配制成溶液A。甲、乙兩組同學(xué)分別使用如圖所示相同的實(shí)驗(yàn)裝置和溶液A,在同一地點(diǎn)、同時(shí)推拉注射器的活塞,反復(fù)抽氣,直到溶液的藍(lán)色全部褪盡為止停止抽氣,記錄抽氣次數(shù)如下(假設(shè)每次抽氣500mL)。
分組 | 甲組 | 乙組 |
抽氣次數(shù) | 110 | 145 |
我國(guó)環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)空氣質(zhì)量測(cè)定中SO2的最高濃度限值如下表:
最高濃度限值/mg·m-3 | ||
一級(jí)標(biāo)準(zhǔn) | 二級(jí)標(biāo)準(zhǔn) | 三級(jí)標(biāo)準(zhǔn) |
0.15 | 0.50 | 0. 70 |
經(jīng)老師和同學(xué)們分析,判斷甲組測(cè)定結(jié)果更為準(zhǔn)確,則該地點(diǎn)的空氣中SO2 的含量為_______mgm-3(保留2 位有效數(shù)字),屬于________(填漢字)級(jí)標(biāo)準(zhǔn);請(qǐng)你分析乙組實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生較大偏差的原因是(兩個(gè)小組所用裝置和藥品均無(wú)問(wèn)題)______________。
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:
【題目】已知101kPa時(shí)的辛烷的燃燒熱為5518kJ/mol,強(qiáng)酸與強(qiáng)堿在稀溶液中發(fā)生反應(yīng)時(shí)的中和熱為57.3kJ/mol,則下列熱化學(xué)方程式書寫正確的是
①C8H18(l)+O2(g)=8CO2(g)+9H2O(l);△H=+5518kJ/mol;
②C8H18(l)+O2(g)=8CO2(g)+9H2O(l);△H=﹣5518kJ/mol;
③H2SO4(aq)+Ba(OH) 2(aq)=BaSO4(s)+H2O(l);△H=﹣57.3kJ/mol;
④H+(aq)+OH﹣(aq)=H2O(l);△H=﹣57.3kJ/mol.
A.①③B.②③C.②④D.②③④
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:
【題目】工業(yè)上以食鹽、氨氣、二氧化碳等物質(zhì)為原料制取純堿。
(1)實(shí)驗(yàn)室提純粗鹽的一個(gè)重要環(huán)節(jié)是除去粗鹽水中的雜質(zhì)陽(yáng)離子(主要含Ca2+、Mg2+),提純?cè)摯蛀}時(shí),可考慮在粗鹽水中依次加入沉淀劑A、B除雜質(zhì)(沉淀劑A來(lái)源于石灰窯廠),寫出A、B的化學(xué)式。A____ 、B_____。
(2)氨氣分子的空間構(gòu)型為_____,其中N原子采用_____雜化方式,二氧化碳中心原子C采用_____雜化方式。
(3)上述實(shí)驗(yàn)涉及的元素中,Ca基態(tài)原子電子排布式為__________________。
(4)上述實(shí)驗(yàn)涉及的元素中,O2-、Na+、Cl-中半徑最小的是__________。
(5)制取純堿時(shí),向飽和食鹽水中通入氣體,即可得到小蘇打的沉淀物,氨氣與二氧化碳通入的先后順序是:_________,因?yàn)椋?/span>___________
(6)寫成工業(yè)上以食鹽、氨氣、二氧化碳等物質(zhì)為原料制取小蘇打反應(yīng)的化學(xué)方程式:______
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