【題目】新型鋰電池正極材料錳酸鋰(LiMn2O4)有望取代廣泛使用的LiCoO2。工業(yè)上用某軟錳礦(主要成分為MnO2，還含有少量鐵、鋁及硅等氧化物)為原料制備錳酸鋰的流程如圖：

已知： lg2=0.3，=8，25℃有關(guān)物質(zhì)的溶度積常數(shù)：

物質(zhì)

Fe(OH)2

Fe(OH)3

Al(OH)3

Mn(OH)2

Ksp

8.0×10-16

4.0×l0-38

5.12×10-33

4.0×l0-14

(1)已知鋰電池放電時(shí)正極的電極反應(yīng)式為：LiMn2O4+e-+Li+ ===Li2Mn2O4，則錳酸鋰中錳元素的化合價(jià)為____。

(2)“浸取”得到的浸取液中陽離子主要是Mn2+，生成Mn2+的離子方程式為_____，檢驗(yàn)還含有Fe2+的方法是______。

(3)“精制”中加入H2O2的量比理論值大的多，其主要原因是______，若所得溶液中錳離子的濃度為1 mol·L-1，則加入氧化錳調(diào)節(jié)pH的范圍為____(當(dāng)溶液中離子濃度小于10-5 mol·L-1時(shí)可以認(rèn)為沉淀完全)。

(4)“沉錳”得到的是Mn(OH)2和Mn2(OH)2SO4濾餅，二者均可被氧化為Mn3O4，若控溫氧化時(shí)溶液的pH隨時(shí)間的變化如下圖，則15~150 min內(nèi)濾餅中一定參加反應(yīng)的成分是______；判斷的理由是____(用化學(xué)方程式表示)。

(5)寫出高溫煅燒生成錳酸鋰的化學(xué)方程式_______。

【答案】+3、+4 MnO2+2Fe2++4H+===Mn2++2Fe3++2H2O 取浸取液少許，加入幾滴K3[Fe(CN)6]溶液（或酸性KMnO4溶液），若有藍(lán)色沉淀生成（或紫紅色褪去），則有Fe2+ 溶液中的鐵離子催化過氧化氫分解 4.9-7.3 Mn2(OH)2SO4 3 Mn2(OH)2SO4+O2===2Mn3O4+3H2SO4 8Mn3O4 +6Li2CO3 +5O26CO2 + 12LiMn2O4

【解析】

(2)用K3[Fe(CN)6] 溶液來檢驗(yàn)Fe2+：

(3)“浸取”過程還剩余Fe3+，溶液中的鐵離子催化過氧化氫分解；氫氧化鋁完全沉淀時(shí)，鋁離子濃度為10-5 mol·L-1，用Al(OH)3的Ksp計(jì)算氫氧根濃度，從而得到氫離子濃度，算得調(diào)節(jié)溶液最小的pH，錳離子的濃度為1 mol·L-1，用Mn(OH)2的Ksp計(jì)算氫氧根濃度，從而得到氫離子濃度，算得調(diào)節(jié)溶液最大的pH；

(4)將MnSO4溶液于氨水混合得到含有Mn(OH)2、Mn2(OH)2SO4的濾餅，將濾餅洗滌后加入蒸餾水并通入氧氣，可能發(fā)生反應(yīng)6Mn(OH)2+O2=2Mn3O4+6H2O、3Mn2(OH)2SO4+O2=2Mn3O4+3H2SO4；

(1) Li2Mn2O4中錳元素+3價(jià)，則LiMn2O4中錳元素有+4價(jià)，但只有一個(gè)錳原子得電子，另一個(gè)錳原子未得電子變價(jià)，也為+4價(jià)，則鋰電池正極材料錳酸鋰中，錳元素的化合價(jià)為+3、+4；故答案為：+3、+4；

(2) “浸取”過程MnO2轉(zhuǎn)化為Mn2+，Mn元素從+4價(jià)降至+2價(jià)，離子方程式為：MnO2+2Fe2++4H+===Mn2++2Fe3++2H2O；可用K3[Fe(CN)6] 溶液來檢驗(yàn)Fe2+：取浸取液少許，加入幾滴K3[Fe(CN)6]溶液(或酸性KMnO4溶液)，若有藍(lán)色沉淀生成(或紫紅色褪去)，則有Fe2+；

(3) “浸取”過程還剩余Fe3+，“精制”中加入H2O2消耗一部分，故過氧化氫的量比理論值大的多，故答案為：溶液中的鐵離子催化過氧化氫分解；除去Fe3+、Al3+，氫氧化鋁完全沉淀時(shí)，，解得，，pH=4.9，錳離子的濃度為1 mol·L-1時(shí)，，，，pH=7.3，調(diào)節(jié)pH的范圍為4.9-7.3；

(4) 根據(jù)分析，濾餅含有Mn(OH)2、Mn2(OH)2SO4，與氧氣可能的反應(yīng)分別為6Mn(OH)2+O2=2Mn3O4+6H2O、3Mn2(OH)2SO4+O2=2Mn3O4+3H2SO4，則Mn2(OH)2SO4被O2氧化產(chǎn)生H+，而Mn(OH)2被O2氧化不產(chǎn)生H+，根據(jù)圖象通入O2時(shí)15～150分鐘pH越來越小，酸性增強(qiáng)，則15～150分鐘濾餅中一定參與反應(yīng)的成分是Mn2(OH)2SO4；故答案為：Mn2(OH)2SO4；3 Mn2(OH)2SO4+O2===2Mn3O4+3H2SO4；

(5)高溫煅燒生成錳酸鋰的化學(xué)方程式：8Mn3O4 +6Li2CO3 +5O26CO2 + 12LiMn2O4。

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】如圖所示，甲池的總反應(yīng)式為：N2H4+O2=N2+H2O，下列關(guān)于該電池工作時(shí)的說法正確的是（ ）

A. 該裝置工作時(shí)，Ag電極上有氣體生成

B. 甲池中負(fù)極反應(yīng)為N2H4-4e-=N2+4H+

C. 甲池和乙池中的溶液的pH均減小

D. 當(dāng)甲池中消耗0.1molN2H4時(shí)，乙池中理論上最多產(chǎn)生6.4g固體

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：

【題目】能源問題是現(xiàn)代社會發(fā)展的三大基本問題之一。

（1）焦炭可用于制取水煤氣。實(shí)驗(yàn)測得1.2g碳與水蒸氣完全反應(yīng)生成水煤氣時(shí)，吸收了13.16kJ熱量。該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為___；該反應(yīng)在條件下能自發(fā)進(jìn)行___（選“高溫”、“低溫”或“任意溫度”）。

（2）甲醇（CH3OH）廣泛用作燃料電池的燃料，工業(yè)上可由CO和H2來合成，化學(xué)方程式為CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。如圖是在不同溫度下CO的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化的曲線。

①T1___T2（填“>”、“<”或“=”）。T1和T2溫度下的平衡常數(shù)大小關(guān)系是K1___（填“>”、“<”或“=”）K2。

②若容器容積不變，下列措施不能增加CO轉(zhuǎn)化率的是___（填字母）。

a.降低溫度

b.將CH3OH(g)從體系中分離

c.使用合適的催化劑

d.充入He，使體系總壓強(qiáng)增大

③生成甲醇的化學(xué)反應(yīng)速率（v）與時(shí)間（t）的關(guān)系如圖所示。則圖中t2時(shí)采取的措施可能是___；t3時(shí)采取的措施可能是___。

④若在T1℃時(shí)，往一密閉容器通入等物質(zhì)的量CO和H2測得容器內(nèi)總壓強(qiáng)1MPa，40min達(dá)平衡時(shí)測得容器內(nèi)總壓強(qiáng)為0.6MPa，計(jì)算生成甲醇的壓強(qiáng)平衡常數(shù)KP=___（MPa）-2（用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）。

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：

【題目】以鐵、硫酸、檸檬酸、雙氧水、氨水等為原料可制備檸檬酸鐵銨（(NH4)3Fe(C6H5O7)2）。

(1)Fe基態(tài)核外電子排布式為___________；中與Fe2+配位的原子是________(填元素符號)。

(2)NH3分子中氮原子的軌道雜化類型是____________；C、N、O元素的第一電離能由大到小的順序?yàn)?/span>_______________。

(3)與NH互為等電子體的一種分子為_______________(填化學(xué)式)。

(4)檸檬酸的結(jié)構(gòu)簡式見圖。1 mol檸檬酸分子中碳原子與氧原子形成的σ鍵的數(shù)目為_________mol。

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：

【題目】實(shí)驗(yàn)室由煉鋼污泥(簡稱鐵泥，主要成份為鐵的氧化物)制備軟磁性材料α-Fe2O3。

其主要實(shí)驗(yàn)流程如下：

(1)酸浸：用一定濃度的H2SO4溶液浸取鐵泥中的鐵元素。若其他條件不變，實(shí)驗(yàn)中采取下列措施能提高鐵元素浸出率的有___________(填序號)。

A．適當(dāng)升高酸浸溫度

B．適當(dāng)加快攪拌速度

C．適當(dāng)縮短酸浸時(shí)間

(2)還原：向“酸浸”后的濾液中加入過量鐵粉，使Fe3+完全轉(zhuǎn)化為Fe2+。“還原”過程中除生成Fe2+外，還會生成___________(填化學(xué)式)；檢驗(yàn)Fe3+是否還原完全的實(shí)驗(yàn)操作是______________。

(3)除雜：向“還原”后的濾液中加入NH4F溶液，使Ca2+轉(zhuǎn)化為CaF2沉淀除去。若溶液的pH偏低、將會導(dǎo)致CaF2沉淀不完全，其原因是___________[，]。

(4)沉鐵：將提純后的FeSO4溶液與氨水-NH4HCO3混合溶液反應(yīng)，生成FeCO3沉淀。

①生成FeCO3沉淀的離子方程式為____________。

②設(shè)計(jì)以FeSO4溶液、氨水- NH4HCO3混合溶液為原料，制備FeCO3的實(shí)驗(yàn)方案：__。

（FeCO3沉淀需“洗滌完全”，Fe(OH)2開始沉淀的pH=6.5）。

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：

【題目】某100mL溶液可能含有 Na+、NH4+、Fe3+、CO32－、SO42－、Cl－中的若干種，取該溶液進(jìn)行連續(xù)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程如圖：（所加試劑均過量，氣體全部逸出）下列說法正確的是

A. 若原溶液中不存在 Na+，則 c（Cl－）＜0.1molL﹣1

B. 原溶液可能存在 Cl－ 和 Na+

C. 原溶液中 c（CO32－）是 0.01molL﹣1

D. 原溶液一定存在 CO32－和SO42－，一定不存在 Fe3+

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：

【題目】最近，中國科學(xué)院大連化物所“CO2催化轉(zhuǎn)化為CO的研究”獲得新進(jìn)展。如圖是使用不同催化劑（NiPc和CoPc）時(shí)轉(zhuǎn)化過程中的能量變化，下列說法不合理的是（ ）

A.CO2經(jīng)還原反應(yīng)得到COOH

B.該研究成果將有利于緩解溫室效應(yīng)，并解決能源轉(zhuǎn)化問題

C.相同基團(tuán)的物種分別吸附在NiPc和CoPc表面，其能量可能不同

D.催化劑可以改變CO2轉(zhuǎn)化為CO反應(yīng)的焓變

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：

【題目】某興趣小組設(shè)計(jì)了如圖所示原電池裝置(鹽橋中吸附有飽和K2SO4溶液）。下列說法正確的是

A.該原電池的正極反應(yīng)是Cu2++2e－=Cu

B.甲燒杯中溶液的血紅色逐漸變淺

C.鹽橋中的SO42－流向甲燒杯

D.Cu電極質(zhì)量減少，Pt電極質(zhì)量增加

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：

【題目】“翠礬”(NiSO4·7H2O)在印染工業(yè)作媒染劑，生產(chǎn)酞菁艷藍(lán)絡(luò)合劑；氟鎳化鉀(K2NiF4)是結(jié)構(gòu)化學(xué)研究的熱點(diǎn)物質(zhì)。以鎳廢渣(主要成分為Ni，含少量Fe、Al、Fe3O4、Al2O3和不溶性雜質(zhì)等)為原料合成“翠礬”和氟鎳化鉀的流程如下：

幾種金屬離子的氫氧化物沉淀pH如下：

請回答下列問題：

(1)翠礬、綠礬、明礬、藍(lán)礬等“礬類”都含有______元素(填元素符號)。pH＝a的范圍為___________。

(2)“轉(zhuǎn)化”過程中一定體積和濃度的雙氧水，“轉(zhuǎn)化率”與溫度關(guān)系如圖1所示。溫度高于40℃，轉(zhuǎn)化率急速降低的原因可能是______�？諝饪梢蕴娲p氧水，空氣的作用是______(用離子方程式表示)。

(3)NiSO4和NH4HCO3溶液生成NiCO3，其離子方程式為___________。

(4)灼燒NiCO3和NH4F以物質(zhì)的量之比為1：1組成的混合物時(shí)，為避免污染環(huán)境，選擇下列裝置吸收尾氣，最宜選擇___________。(填選項(xiàng))

(5)已知常溫下，Ksp(NiCO3)＝1.42×10－7。分離NiCO3時(shí)濾液中c(Ni2＋)≤1.0×10－5 mol·L－1時(shí)，c(CO)≥___________mol·L－1。

(6)準(zhǔn)確稱取ω g翠礬晶體產(chǎn)品于錐形瓶中，加入足量的蒸餾水溶解配成250 mL溶液，取20.00 mL所配溶液于錐形瓶，用c mol·L－1的標(biāo)準(zhǔn)溶液EDTA(Na2H2Y)滴定至終點(diǎn)(發(fā)生Ni2＋＋H2Y2－＝NiY2－＋2H＋)，三次實(shí)驗(yàn)消耗標(biāo)準(zhǔn)液的體積分別為20.02 mL、19.98 mL、19.50 mL，則翠礬的純度為___________%(只列計(jì)算式，不考慮雜質(zhì)反應(yīng))。

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