【題目】實(shí)驗(yàn)室里,從廢舊鈷酸鋰離子電池的正極材料(在鋁箔上涂覆活性物質(zhì)LiCoO2)中,回收鈷、鋰的操作流程如下圖所示:
回答下列問題。
(1)拆解廢舊電池獲取正極材料前,先將其浸入NaCl溶液中,使電池短路而放電,此時(shí)溶液溫度升高,該過程中能量的主要轉(zhuǎn)化方式為____。
(2)“堿浸”過程中產(chǎn)生的氣體是____;“過濾”所得濾液用鹽酸處理可得到氫氧化鋁,反應(yīng)的化學(xué)方程式為____。
(3)“酸浸”時(shí)主要反應(yīng)的離子方程式為____;若硫酸、Na2S2O3溶液用一定濃度的鹽酸替代,也可以達(dá)到“酸浸”的目的,但會(huì)產(chǎn)生____(填化學(xué)式)污染環(huán)境。
(4)“沉鈷”時(shí),調(diào)pH所用的試劑是____;“沉鈷”后溶液中c(Co2+)=____。(已知:Ksp[Co(OH)2]=1.09×l0-15)
(5)在空氣中加熱Co(OH)2,使其轉(zhuǎn)化為鈷的氧化物。加熱過程中,固體質(zhì)量與溫度的關(guān)系如左下圖所示。290~500℃,發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為____。
(6)根據(jù)右下圖判斷,“沉鋰”中獲得Li2CO3固體的操作主要包括____、____、洗滌、干燥等步驟。
【答案】化學(xué)能→電能→熱能 H2 NaAlO2+HCl+H2O=NaCl+Al(OH)3↓ 8LiCoO2+ S2O32-+22H+=8Li++8Co2++2SO42-+11H2O Cl2 NaOH溶液或氫氧化鈉固體 1.09×l0-6mol/L 6Co2O34Co3O4+ O2↑ 蒸發(fā)濃縮 趁熱過濾
【解析】
正極材料主要由Al和LiCoO2組成,LiCoO2屬于鹽類,由復(fù)分解反應(yīng)的條件可判斷,其與NaOH溶液混合不發(fā)生反應(yīng),故“堿浸”過程中只有Al和NaOH反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和氫氣,過濾得到濾渣為LiCoO2;“酸浸”時(shí)反應(yīng)物有LiCoO2、硫酸和Na2S2O3溶液,依據(jù)“沉鈷”產(chǎn)物為Co(OH)2可判斷,反應(yīng)后鈷元素的價(jià)態(tài)從+3價(jià)降為+2價(jià),依據(jù)氧化還原反應(yīng)規(guī)律以及工藝中最后還可獲得Na2SO4·10H2O副產(chǎn)品,可推知S元素價(jià)態(tài)升高并轉(zhuǎn)化為SO42-;之后調(diào)節(jié)pH值得到Co(OH)2沉淀,再加入碳酸鈉溶液調(diào)節(jié)pH值沉鋰,得到碳酸鋰和母液,母液結(jié)晶得到Na2SO4·10H2O。
(1)依據(jù)“電池短路而放電”“溶液溫度升高”兩項(xiàng)信息,即可判斷廢舊電池的處理過程中能量的主要轉(zhuǎn)化方式為化學(xué)能→電能→熱能;
(2)依題中信息可知,正極材料主要由Al和LiCoO2組成,LiCoO2屬于鹽類,由復(fù)分解反應(yīng)的條件可判斷,其與NaOH溶液混合不發(fā)生反應(yīng),故“堿浸”過程中只有Al和NaOH反應(yīng),生成NaAlO2和H2;“過濾”所得濾液用適量鹽酸處理可以得到氫氧化鋁,方程式為NaAlO2+HCl+H2O=NaCl+Al(OH)3↓;
(3)根據(jù)分析可知“酸浸”時(shí)Na2S2O3被氧化為SO42-,Co元素被還原,結(jié)合電子守恒和元素守恒可知離子反應(yīng)方程式為:8LiCoO2+ S2O32-+22H+=8Li++8Co2++2SO42-+11H2O;加入的Na2S2O3 起還原作用,用一定濃度的鹽酸替代“Na2S2O3溶液和硫酸”,也能實(shí)現(xiàn)酸浸目的,可知該反應(yīng)中,鹽酸也起了還原劑的作用,氧化產(chǎn)物為會(huì)污染環(huán)境的Cl2;
(4)結(jié)合“沉鋰”后母液中還可以獲得Na2SO4·10H2O,可知用的試劑為NaOH溶液或固體;溶液pH=9.5,則溶液中c(OH-)=10-4.5mol/L,帶入Ksp[Co(OH)2]= c2(OH-)·c(Co2+)=1.09 ×l0-15求得c(Co2+)=1.09×l0-6mol/L;
(5)從圖中信息可知,加熱前的反應(yīng)物為Co(OH)2 (0.930g) ,其物質(zhì)的量為0.01mol,依據(jù)鈷元素的量不變可知: n(Co)=0.01 mol, m(Co)=0.590g,溫度升溫290℃時(shí),轉(zhuǎn)化為0.830g某種鈷的氧化物,該氧化物中,n(O)==0.015mol,由此可以確定該氧化物為Co2O3;同理可以確定500℃時(shí),n(O)=≈0.0133mol,則生成的氧化物為Co3O4;所以290℃~500℃過程中,Co2O3轉(zhuǎn)化為Co3O4,反應(yīng)過程中,Co元素化合價(jià)降低。氧元素化合價(jià)升高并轉(zhuǎn)化為O2,故反應(yīng)的化學(xué)方程式為6Co2O34Co3O4+ O2↑;
(6)分析溶解度曲線可知LiCO3微溶,其溶解度隨溫度升高而降低,為了提高鋰元素的回收率,同時(shí)防止硫酸鈉析出,應(yīng)采用蒸發(fā)濃縮(減少溶劑)并在較高溫度下趁熱過濾等操作。
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】常溫下,二元弱酸 H2Y 溶液中滴加 KOH 溶液,所得混合溶液的 pH 與離子濃度變化的關(guān)系如下圖所示,下列有關(guān)說法錯(cuò)誤的是
A. 曲線 M 表示 pH與 lg的變化關(guān)系
B. a點(diǎn)溶液中:c(H+) ― c(OH-)=2c(Y2-)+c(HY-) ― c(K+)
C. H2Y 的第二級(jí)電離常數(shù)Ka2(H2Y)=10-4.3
D. 交點(diǎn)b的溶液中:c(H2Y)=c(Y2-)>c(HY-)>c(H+)>c(OH-)
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】向0.1mol/L的Al2(SO4)3溶液中滴加1.0mol/L的NaOH溶液,滴加過程中溶液pH隨NaOH溶液體積變化的曲線如圖所示.下列分析不正確的是
A.a點(diǎn)pH<7的原因:Al3++3H2OAl(OH)3+3H+
B.bc段發(fā)生的主要反應(yīng):Al3++3OH=Al(OH)3
C.ef段發(fā)生的主要反應(yīng):Al(OH)3+OH=AlO2+2H2O
D.d點(diǎn),溶液中大量存在的離子是Na+、AlO2和SO42
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】苯乙烯()是生產(chǎn)各種塑料的重要單體,可通過乙苯催化脫氫制得:
(g)(g)+H2(g) △H
(1)已知:
化學(xué)鍵 | C-H | C-C | C=C | H-H |
鍵能/kJ/mol | 412 | 348 | 612 | 436 |
計(jì)算上述反應(yīng)的△H=________ kJ·mol-1。
(2)500℃時(shí),在恒容密閉容器中,充入a mol乙苯,反應(yīng)達(dá)到平衡后容器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)為P;若再充入bmol的乙苯,重新達(dá)到平衡后容器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)為2P,則a_______b(填“>” “<”或“=”),乙苯的轉(zhuǎn)化率將________(填“增大” “減小”或“不變”)。
(3)工業(yè)上,通常在乙苯(EB)蒸氣中摻混N2(原料氣中乙苯和N2的物質(zhì)的量之比為1︰10,N2不參與反應(yīng)),控制反應(yīng)溫度600℃,并保持體系總壓為0.1Mpa不變的條件下進(jìn)行反應(yīng)。在不同反應(yīng)溫度下,乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率和某催化劑作用下苯乙烯的選擇性(指除了H2以外的產(chǎn)物中苯乙烯的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))示意圖如下:
①A,B兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的正反應(yīng)速率較大的是________。
②摻入N2能提高乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率,解釋說明該事實(shí)___________________________。
③用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算600℃時(shí)的平衡常數(shù)Kp=________。(保留兩位有效數(shù)字,分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))
④控制反應(yīng)溫度為600℃的理由是___________________________。
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】CH4 是一種清潔、高效、具有優(yōu)良的環(huán)保性能的燃料,其燃燒熱為890.3kJ·mol-1。它可以作為燃料電池的燃料。
(1)寫出甲烷燃燒的熱化學(xué)方程式:____________________________________________;
(2)以甲烷、空氣、氫氧化鉀溶液為原料,惰性電極為電極可以構(gòu)成燃料電池。該電池的負(fù)極反應(yīng)式為____
(3)用(2)中的燃料電池為電源,以石墨為電極電解500mL滴有酚酞的NaCl溶液,裝置如圖所示:
①請(qǐng)寫出電解過程中陰極附近觀察到的現(xiàn)象:____________________。
②當(dāng)燃料電池消耗2.8L O2(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)時(shí),計(jì)算此時(shí)NaCl溶液的pH=__________ (假設(shè)溶液的體積不變,氣體全部從溶液中逸出)。在Y極通過的電子的物質(zhì)的量為:_______________________。
③電解之后,要使溶液恢復(fù)原狀,應(yīng)該向溶液中加入物質(zhì) _________(填名稱)。溶液中Cl―流向 ____________極(填“X”或“Y”)。
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】CO2催化加氫制甲醇,是極具前景的溫室氣體資源化研究領(lǐng)域。在某CO催化加氫制甲醇的反應(yīng)體系中,發(fā)生的主要反應(yīng)有:
i.CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H1=-49.4kJ·mol-1
ⅱ.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) △H2=+41.2kJ·mol-1
ⅲ.CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H3
(1)△H3________ kJ·mol-1
(2)5MPa時(shí),往某密閉容器中按投料比n(H2):n(CO2)=3:1充入H2和CO2。反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),測(cè)得各組分的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨溫度變化的曲線如圖所示。
①體系中CO2的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)受溫度的影響不大,原因是____。
②250℃時(shí),反應(yīng)ii的平衡常數(shù)____1(填“>”“<”或“=”)。
③下列措施中,無法提高甲醇產(chǎn)率的是____(填標(biāo)號(hào))。
A 加入適量CO B 增大壓強(qiáng) C 循環(huán)利用原料氣 D 升高溫度
④如圖中X、Y分別代表____(填化學(xué)式)。
(3)反應(yīng)i可能的反應(yīng)歷程如下圖所示。
注:方框內(nèi)包含微粒種類及數(shù)目、微粒的相對(duì)總能量(括號(hào)里的數(shù)字或字母,單位:eV)。其中,TS表示過渡態(tài)、*表示吸附在催化劑上的微粒。
①反應(yīng)歷程中,生成甲醇的決速步驟的反應(yīng)方程式為____。
②相對(duì)總能量E=____(計(jì)算結(jié)果保留2位小數(shù))。(已知:leV=1.6×10-22kJ)
(4)用電解法也可實(shí)現(xiàn)CO2加氫制甲醇(稀硫酸作電解質(zhì)溶液)。電解時(shí),往電解池的____極通入氫氣,陰極上的電極反應(yīng)為____。
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】不能用勒夏特列原理解釋的是( )
A.H2、I2(g)混合氣體加壓后顏色變深B.過量空氣有利于SO2轉(zhuǎn)化為SO3
C.向氯水中加石灰石可提高次氯酸的濃度D.光照新制氯水,氯水顏色變淺
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】依據(jù)事實(shí),寫出下列反應(yīng)的熱化學(xué)方程式。
(1)在25℃、101kpa下,1g甲醇(CH3OH)燃燒生成CO2和液態(tài)水時(shí)放熱22.68kJ。則表示甲醇燃燒熱的熱化學(xué)方程式為__________________。
(2)C(石墨)與適量H2O(g)反應(yīng)生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下CO和H2各2.24L時(shí),吸收13.13kJ熱量,該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為__________________。
(3)已知HCN稀溶液與NaOH稀溶液反應(yīng)生成1mol H2O時(shí),放出12.1熱量,用離子方程式表示該反應(yīng)的熱化學(xué)方程為_______________。
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】水中的溶解氧(DO)的多少是衡量水體水質(zhì)的重要指標(biāo)。某化學(xué)小組測(cè)定某河流中氧的含量,經(jīng)查閱有關(guān)資料了解到溶解氧測(cè)定可用“碘量法”,
Ⅰ.用已準(zhǔn)確稱量的硫代硫酸鈉(Na2S2O3)固體配制一定體積的cmol/L標(biāo)準(zhǔn)溶液;
Ⅱ.用水樣瓶取河流中水樣v1mL并立即依次序注入1.0mLMnCl2溶液和1.0mL堿性KI溶液,塞緊瓶塞(瓶?jī)?nèi)不準(zhǔn)有氣泡),反復(fù)震蕩后靜置約1小時(shí);
Ⅲ.向水樣瓶中加入1.0mL硫酸溶液,塞緊瓶塞,振蕩水樣瓶至沉淀全部溶解,此時(shí)溶液變?yōu)辄S色; Ⅳ.將水樣瓶?jī)?nèi)溶液全量倒入錐形瓶中,用硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定;
V.待試液呈淡黃色后,加1mL淀粉溶液,繼續(xù)滴定到終點(diǎn)并記錄消耗的硫代硫酸鈉溶液體積為v2。
已知:I2 +2Na2S2O3 =2NaI+Na2S4O6
(1)在滴定環(huán)節(jié)中使用的儀器有滴定管夾、鐵架臺(tái)、燒杯、錐形瓶和________________________。
(2)在步驟Ⅱ中,水樣中出現(xiàn)了MnMnO3沉淀,離子方程式為4Mn2++O2+8OH-2MnMnO3↓+4H2O。
(3)步驟Ⅲ中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為 _______________________________________________________________。
(4)滴定時(shí),溶液由__________色到______________色,且半分鐘內(nèi)顏色不再變化即達(dá)到滴定終點(diǎn)。
(5)河水中的溶解氧為_____________________________mg/L。
(6)當(dāng)河水中含有較多NO3-時(shí),測(cè)定結(jié)果會(huì)比實(shí)際值________(填偏高、偏低或不變)
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