【題目】二次電池鋰離子電池廣泛應用于手機和電腦等電子產品中。某常見鋰離子電池放電時電池的總反應為:Li1-xCoO2+LixC6=LiCoO2+ C6(x<1)。2018年中國回收了全球可回收鋰離子電池總量的69%。但現階段我國廢舊電池回收仍屬于勞動密集型產業(yè),效率仍需提高。一種回收該鋰離子電池中的鋰和鈷的流程:
已知:① Na2S2O3是一種中等強度的還原劑,遇強酸分解
② Li2CO3溶解度隨溫度升高而減小
(1)關于該鋰離子電池說法不正確的是_______________________________
A.鋰離子電池中無金屬鋰,充放電過程中,Li+在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌
B.集中預處理時,為防止短時間內快速放電引起燃燒甚至爆炸,應先進行放電處理
C.充電時若轉移0.01mol電子,石墨電極將減重0.07g
D.充電時,陽極的電極反應式為LiCoO2-xe-===Li1-xCoO2+xLi+
(2)LiCoO2是一種具有強氧化性的難溶復合金屬氧化物,且Co3+在常溫、pH=0.5條件下即開始水解。LiCoO2可溶于硫酸得CoSO4。用硫酸酸浸時,需要加入Na2S2O3作助溶劑,從化學反應原理的角度解釋原因:_______________________________,寫出浸出CoSO4的離子反應方程式:__________________
(3)控制氫離子濃度為4mol/L,反應溫度90℃,測得相同時間內離子的浸出率與Na2S2O3溶液的變化關系如圖。則酸浸時應選用濃度為_______mol/L的Na2S2O3溶液。Na2S2O3溶液濃度增至0.3mol/L時,LiCoO2的浸出率明顯下降,可能的原因是_________________(用化學方程式結合文字說明)
(4)整個回收工藝中,可循環(huán)使用的物質是_____________________
(5)已知15℃左右Li2CO3的Ksp為3.210-2,該溫度下Li2CO3的溶解度約為_____g。將萃取后的Li2SO4溶液加熱至95℃,加入飽和Na2CO3溶液,反應10min,________________(填操作)得Li2CO3粉末。
【答案】C 提高LiCoO2的浸出率和浸出速率 8LiCoO2+S2O32-+22H+=8Li++8Co2++11H2O+2SO42- 0.25 Na2S2O3+H2SO4= Na2SO4+S↓+ SO2↑+ H2O,反應中產生硫單質,附著在固體表面阻止反應進行 有機萃取劑(有機相) 1.48 趁熱過濾,洗滌,干燥
【解析】
廢舊鋰離子電池處理拆解后分離出LiCoO2、碳粉、Cu、Al、Ni等小顆;旌衔铮ㄟ^電選將LiCoO2、碳粉與Cu、Al、Ni分離,向LiCoO2、碳粉混合物中加入硫酸,碳不與硫酸反應,過濾可得硫酸鈷和硫酸鋰溶液,得到濾液加入萃取劑萃取分液得到水層為硫酸鋰,有機層通過反萃取得到水層硫酸鈷溶液,據此分析解答。
(1) A.根據鋰離子電池放電時電池的總反應為:Li1-xCoO2+LixC6=LiCoO2+C6(x<1),放電時,則Li1-xCoO2為正極,LixC6為負極,負極LixC6失去電子得到Li+,在原電池中,陽離子移向正極,則Li+在電解質中由負極向正極遷移;充電時,石墨(C6)電極變成LixC6,電解池中陽離子向陰極移動,陰極電極反應式為:xLi++C6+xe-═LixC6,則石墨(C6)電極增重的質量就是鋰離子的質量,則鋰離子電池中無金屬鋰,充放電過程中,Li+在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌,故A正確;
B.集中預處理時,為防止短時間內快速放電引起燃燒甚至爆炸,根據流程圖,放電處理”有利于鋰的回收,故B正確;
C.充電時,石墨(C6)電極變成LixC6,電極反應式為:xLi++C6+xe-═LixC6,則石墨(C6)電極增重的質量就是鋰離子的質量,根據關系式:xLi+~~xe-,可知若轉移0.01mole-,就增重0.01molLi+,即0.07g,故C錯誤;
D.正極上Co元素化合價降低,放電時,電池的正極反應為:Li1-xCoO2+xLi++xe-═LiCoO2,充電是放電的逆反應,故D正確;
答案選C;
(2)LiCoO2是一種具有強氧化性的難溶復合金屬氧化物,Na2S2O3是一種中等強度的還原劑,二者發(fā)生氧化還原反應有利于提高酸浸時LiCoO2的浸出率和浸出速率,浸出CoSO4的離子反應方程式:8LiCoO2+S2O32-+22H+=8Li++8Co2++11H2O+2SO42-;
(3)通過酸浸,加入Na2S2O3溶液,將Cu、Al、Ni與Li、Co分離,提高Li、Co離子的浸出率,當Li、Co離子的浸出率最高時,Na2S2O3溶液的濃度為0.25mol/L;Na2S2O3溶液濃度增至0.3mol/L時,Na2S2O3是一種中等強度的還原劑,遇強酸分解,發(fā)生反應為:Na2S2O3+H2SO4=Na2SO4+S↓+SO2↑+H2O,反應中產生硫單質,附著在固體表面阻止反應進行,導致LiCoO2的浸出率明顯下降;
(4)整個回收工藝中,通過反萃取,可以再生有機萃取劑(有機相),該有機相可循環(huán)使用流程中萃取環(huán)節(jié);
(5)溶解度是指一定溫度下達到飽和時,100g水中溶解溶質的質量,15℃左右,100g水的體積100mL,根據Li2CO32Li++CO32-,c(Li+)=2c(CO32-),Ksp(Li2CO3)= c2(Li+)×c(CO32-)=[2c(CO32-)]2×c(CO32-)=4[c(CO32-)]3=3.210-2,c(CO32-)==0.2mol/L,則溶解的Li2CO3的物質的量=0.2mol/L×0.1L=0.02mol,溶解的Li2CO3的質量=0.02mol×74g/mol=1.48g;將萃取后的Li2SO4溶液加熱至95℃,加入飽和Na2CO3溶液,反應10min,Li2CO3溶解度隨溫度升高而減小,應趁熱過濾,洗滌,干燥獲得Li2CO3粉末。
科目:高中化學 來源: 題型:
【題目】甲醇既是重要的化工原料,又是電動公交車的清潔能源,利用水煤氣在一定條件下合成甲醇,發(fā)生的反應為CO(g)+2H2(g)CH3OH(l) ΔH=?
(1)已知CO、H2、CH3OH的燃燒熱分別為283.0kJ·mol-1、285.8kJ·mol-1、726.5kJ·mol-1,則ΔH=__。
(2)在一容積為2L的恒容密閉容器中加入0.2molCO和0.4molH2,發(fā)生如下反應:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),實驗測得T1℃和T2℃下,甲醇的物質的量隨時間的變化如下表所示。
時間 溫度/℃ | 10min | 20min | 30min | 40min | 50min | 60min |
T1 | 0.080 | 0.120 | 0.150 | 0.168 | 0.180 | 0.180 |
T2 | 0.120 | 0.150 | 0.156 | 0.160 | 0.160 | 0.160 |
①由上述數據可以判斷:T1__T2(填“>”“<”或“=”)。
②T1℃時,0~20minH2的平均反應速率v(H2)=__。
③該反應在T1℃達到平衡后,為同時提高反應速率和甲醇的生成量,以下措施一定可行的是__(填字母)。
A.改用高效催化劑
B.升高溫度
C.縮小容器容積
D.分離出甲醇
E.增加CO的濃度
(3)若保持T2℃不變,起始時加入CO、H2、CH3OH的物質的量分別為amol、bmol、cmol,達到平衡時,仍與原平衡等效,則a、b、c應滿足的條件:__。
(4)當反應在T1℃進行20min時,迅速將0.02molCO、0.04molH2、0.18molCH3OH同時投入體系中,同時將反應體積擴大為原來的2倍,反應在40min時達到平衡,請在圖中畫出20~40min內容器中H2濃度的變化趨勢曲線___。
(5)在以CH3OH(l)為燃料的燃料電池中,電解質溶液為酸性,則負極的電極反應式為__;理想狀態(tài)下,該燃料電池消耗2mol甲醇所能產生的最大電能為1162.4kJ,則該燃料電池的理論效率為__(燃料電池的理論效率是指電池所產生的最大電能與燃料電池反應所能釋放的全部能量之比)。
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科目:高中化學 來源: 題型:
【題目】A-J分別表示中學化學中常見的一種物質,它們之間相互關系如圖所示(部分反應物、生成物沒有列出),且已知G為主族元素的固態(tài)氧化物,A、B、C、D、E、F六種物質中均含同一種元素。請?zhí)顚懴铝锌瞻祝?/span>
(1)A、B、C、D、E、F六種物質中所含同一種元素在周期表中位置_________
(2)寫出檢驗D溶液中陽離子的方法____。
(3)寫出反應④的離子方程式________。
(4)若向氣體K的水溶液中加入鹽酸,使其恰好完全反應,所得溶液的pH_____7(填“>”、“<”或“=”),用離子方程式表示其原因:______;
(5)若向氣體K的0.1mol/L水溶液中加入pH=1的硫酸,且氨水與硫酸的體積比為1:1,則所得溶液中各離子物質的量濃度由大到小的關系是______。
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科目:高中化學 來源: 題型:
【題目】美國科學家合成了含有N5+的鹽類,含有該離子的鹽是高能爆炸物質,該離子的結構呈V 形,如圖所示(圖中箭頭代表單鍵)。下列有關該物質的說法中正確的是
A.每個Ns+中含有35個質子和36個電子B.該離子中只含有非極性鍵
C.該離子中含有2個π鍵D.與互為等電子體
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科目:高中化學 來源: 題型:
【題目】某實驗小組用下列裝置進行乙醇催化氧化的實驗。
(1)實驗過程中銅網出現紅色和黑色交替的現象,請寫出實驗過程中發(fā)生反應的總化學方程式:___;在不斷鼓入空氣的情況下,熄滅酒精燈,反應仍能繼續(xù)進行,說明該反應是__(填“吸熱”或“放熱”)反應。
(2)甲是熱水浴,乙是冷水浴,兩個水浴作用不相同,甲的作用是___;乙的作用是___。
(3)反應進行一段時間后,試管a中能收集到的有機物主要有___、___。
(4)若試管a中收集到的液體用紫色石蕊試紙檢驗,試紙顯紅色,說明液體中還有__。要除去該物質,可先在混合液中加入___(填寫字母),然后通過蒸餾即可。
A.氯化鈉溶液 B.苯 C.碳酸氫鈉溶液 D.四氯化碳
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科目:高中化學 來源: 題型:
【題目】《環(huán)境科學》刊發(fā)了我國科研部門采用零價鐵活化過硫酸鈉(Na2S2O8,其中S為+6價)去除廢水中的正五價砷[As(V)]的研究成果,其反應機制模型如圖所示。Ksp[Fe(OH)3]=2.7×10-39,下列敘述錯誤的是
A.pH越小,越有利于去除廢水中的正五價砷
B.1mol過硫酸鈉(Na2S2O8)含NA個過氧鍵
C.堿性條件下,硫酸根自由基發(fā)生反應的方程式為:SO4-+ OH- = SO42-+OH
D.室溫下,中間產物Fe(OH)3溶于水所得飽和溶液中c(Fe3+)約為2.7×10-18mol·L-1
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科目:高中化學 來源: 題型:
【題目】實驗室迅速制備少量氯氣可利用如下反應:KMnO4+HCl(濃)→KCl+MnCl2+Cl2↑+H2O(未配平),此反應常溫下就可以迅速進行。結合信息,回答下列問題:
(1)上述反應中被氧化的元素為___,還原產物是___。
(2)Fe2+也能與MnO4-反應生成Mn2+,反應后Fe2+轉化為__。反應中Fe2+表現__(填“氧化”或“還原”)性。
(3)如果上述化學方程式中KMnO4和MnCl2的化學計量數都是2,則HCl的化學計量數是___。
(4)實驗室通常利用MnO2與濃鹽酸共熱反應制得氯氣,據此可知KMnO4、Cl2、MnO2三種物質的氧化性由強到弱的順序為___。
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科目:高中化學 來源: 題型:
【題目】某同學按如圖所示實驗裝置探究銅與濃硫酸的反應,記錄實驗現象如表。下列說法正確的是
試管 | ① | ② | ③ | ④ |
實驗現象 | 溶液仍為無色,有白霧、白色固體產生 | 有大量白色沉淀產生 | 有少量白色沉淀產生 | 品紅溶液褪色 |
A.②中白色沉淀是BaSO3
B.①中可能有部分濃硫酸揮發(fā)了
C.為了確定①中白色固體是否為硫酸銅,可向冷卻后的試管中注入水,振蕩
D.實驗時若先往裝置內通入足量N2,再加熱試管①,實驗現象不變
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科目:高中化學 來源: 題型:
【題目】有機物A的相對分子質量不超過150,經測定可知A具有下列性質:
A所具有的性質 | 由此推出的A的組成或結構 |
①A能燃燒,燃燒產物只有CO2和H2O | |
②A與醇或羧酸在濃硫酸存在條件下發(fā)生反應均能生成有香味的物質 | |
③在一定條件下,A能發(fā)生分子內的脫水反應,生成物能使溴的CCl4溶液退色 | |
④0.1 mol A與足量NaHCO3溶液反應放出標準狀況下4.48L氣體 |
(1)填寫表中空白_____________、__________________ 、_______________________。
(2)已知A分子中氧元素的質量分數為59.7%,則A的分子式為______________。
(3)假設A的結構式中不含碳支鏈,寫出③中A所發(fā)生反應的化學方程式:__________________。
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