2.某種鋰離子電池的正極材料是將含有鈷酸鋰(LiCoO2)的正極粉均勻涂覆在鋁箔上制成的,可以再生利用.某校研究小組嘗試回收廢舊正極材料中的鈷.

(1)25℃時,用圖1所示裝置進(jìn)行電解,有一定量的鈷以Co2+的形式從正極粉中浸出,且兩極均有氣泡產(chǎn)生,一段時間后正極粉與鋁箔剝離.
①陰極的電極反應(yīng)式為:LiCoO2+4H++e-=Li++Co2++2H2O、2H++2e-═H2↑.
陽極的電極反應(yīng)式為4OH--4e-═O2↑+2H2O.
②該研究小組發(fā)現(xiàn)硫酸濃度對鈷的浸出率有較大影響,一定條件下,測得其變化曲線如圖2所示.當(dāng)c(H2SO4)>0.4mol/L時,鈷的浸出率下降,其原因可能為H+與LiCoO2在陰極的還原反應(yīng)相互競爭,當(dāng)c(H+)增大時,參與放電的H+增多(或有利于H+放電),所以鈷的浸出率下降.
(2)電解完成后得到含Co2+的浸出液,且有少量正極粉沉積在電解槽底部.用以下步驟繼續(xù)回收鈷如圖3.
①寫出“酸浸”過程中正極粉發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式:2LiCoO2+H2O2+3H2SO4═Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O.該步驟一般在80℃以下進(jìn)行,溫度不能太高的原因是防止H2O2劇烈分解.
②已知(NH42C2O4溶液呈弱酸性,下列關(guān)系中正確的是AC(填字母序號).
A.c(NH4+)>c(C2O42-)>c(H+)>c(OH-
B.c(H+)+c(NH4+)=c(C2O42-)+c(OH-)+c(HC2O4-
C.c(NH4+)+c(NH3•H2O)=2[c(C2O42-)+c(HC2O4-)+c(H2C2O4)]
(3)已知所用鋰離子電池的正極材料為x g,其中LiCoO2 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為a%,則回收后得到CoC2O4•2H2O 的質(zhì)量不高于$\frac{1.83ax}{98}$g.

分析 (1)①H+也會在陰極放電生成氫氣,陰離子氫氧根離子在陽極放電;
②如圖2所示.當(dāng)c(H2SO4)>0.4mol•L-1時,參與放電的H+增多(或有利于H+放電),所以鈷的浸出率下降;
(2)①“酸浸”過程中正極粉發(fā)生氧化還原反應(yīng),LiCoO2氧化生成Co2+和O2,方程式為2LiCoO2+H2O2+3H2SO4═Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O;該步驟一般在80℃以下進(jìn)行,溫度太高,雙氧水會受熱分解;
②(NH42C2O4溶液呈弱酸性,故
A.根據(jù)離子濃度大小分析,(NH42C2O4溶液呈弱酸性;
B.由電荷守恒分析,溶液中陰陽離子所帶電荷總數(shù)相同;
C.由物料守恒分析,n(N)=n(C2O42-);
(3)根據(jù)關(guān)系式:LiCoO2~CoC2O4•2H2O,列式計(jì)算即可.

解答 解:(1)①H+也會在陰極放電,2H++2e-═H2↑;陰離子在陽極放電,4OH--4e-═O2↑+2H2O,
故答案為:2H++2e-═H2↑;4OH--4e-═O2↑+2H2O;
②如圖2所示.當(dāng)c(H2SO4)>0.4mol•L-1時,參與放電的H+增多(或有利于H+放電),所以鈷的浸出率下降,
故答案為:H+與LiCoO2在陰極的還原反應(yīng)相互競爭,當(dāng)c(H+)增大時,參與放電的H+增多(或有利于H+放電),所以鈷的浸出率下降;
(2)①“酸浸”過程中正極粉發(fā)生氧化還原反應(yīng),LiCoO2氧化生成Co2+和O2,方程式為2LiCoO2+H2O2+3H2SO4═Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O;該步驟一般在80℃以下進(jìn)行,溫度太高,雙氧水會受熱分解;
故答案為:2LiCoO2+H2O2+3H2SO4═Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O;防止H2O2劇烈分解;
②(NH42C2O4溶液呈弱酸性,故
A.由離子濃度大小關(guān)系,知c (NH4+)>c(C2O42-)>c (H+)>c (OH-),故A正確;
B.由電荷守恒,可知c (H+)+c (NH4+)=c (OH-)+c(HC2O4-)+2c(C2O42-),故B錯誤;
C.由物料守恒,可知c (NH4+)+c (NH3•H2O)=2[c(C2O42-)+c(HC2O4-)+c(H2C2O4)],故C正確;
故答案為:AC;
(3)根據(jù)關(guān)系式:LiCoO2~CoC2O4•2H2O
                 98         183
                xa%g           m
解之得m=$\frac{1.83ax}{98}$,
故答案為:$\frac{1.83ax}{98}$.

點(diǎn)評 本題為生產(chǎn)流程題,涉及金屬的回收、環(huán)境保護(hù)、氧化還原反應(yīng)、物質(zhì)的分離提純和除雜等問題,題目較為綜合,做題時注意仔細(xì)審題,從題目中獲取關(guān)鍵信息,難度中等,難點(diǎn)是電極反應(yīng)式的書寫.

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:選擇題

12.一個外圍電子構(gòu)型為2s22p5的元素,下列有關(guān)它的描述正確的有( 。
A.原子序數(shù)為7B.周期表中第一電離能最小
C.周期表中原子半徑最大D.周期表中電負(fù)性最大

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

13.苯環(huán)結(jié)構(gòu)中不存在碳碳雙鍵,而是一種介于單鍵和雙鍵之間的結(jié)構(gòu),下列不可以作為事實(shí)依據(jù)的是( 。
A.苯不能使酸性KMnO4溶液褪色
B.苯不能使溴水因發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而褪色
C.苯在加熱和有催化劑存在條件下與H2反應(yīng)生成環(huán)己烷
D.鄰二氯苯只有一種結(jié)構(gòu)

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

10.有A、B、C、D、E五種短周期元素,且相鄰的A、B、C、D四種元素原子核外共有56個電子,在周期表中的位置如圖所示.E的氫氧化物是兩性氫氧化物;E的陽離子與A的陰離子核外電子層結(jié)構(gòu)相同.請回答下列問題:
(1)A在元素周期表中的位置第二周期第ⅥA族.
B的最高價氧化物化學(xué)式為P2O5
寫出C元素氣態(tài)氫化物的電子式
(2)D的單質(zhì)與水反應(yīng)的化學(xué)方程式為Cl2+H2O=HCl+HClO.
(3)五種元素中原子半徑最小的是O(填元素符號),這些元素的最高價氧化物的對應(yīng)水化物中HClO4酸性最強(qiáng).
(4)C的一種氧化物是常見的大氣污染物.為防止大氣污染,某化工廠用NaOH溶液、石灰和O2處理含C的上述氧化物的尾氣,使其轉(zhuǎn)化為石膏(CaSO4•2H2O).假設(shè)在轉(zhuǎn)化過程中C元素不損失,每天處理1120m3(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)含2%(體積分?jǐn)?shù))上述氧化物的尾氣,理論上可以得到多少千克石膏(請寫出計(jì)算過程).

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

17.醫(yī)用氯化鈣可用于生產(chǎn)補(bǔ)鈣、抗過敏和消炎等藥物.以工業(yè)碳酸鈣(含有少量Na+、Al3+、Fe3+等雜質(zhì))生產(chǎn)醫(yī)藥級二水合氯化鈣(CaCl2•2H2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為97.0%~103.0%)的主要流程如下:

(1)除雜操作是加入氫氧化鈣固體,調(diào)節(jié)溶液的pH為8.0~8.5,以除去溶液中的少量Al3+、Fe3+,檢驗(yàn)Fe(OH)3是否沉淀完全的實(shí)驗(yàn)操作是取少量上層清液,滴加KSCN溶液,若不出現(xiàn)血紅色,則表明Fe(OH)3沉淀完全;
(2)酸化操作是加入鹽酸,調(diào)節(jié)溶液的pH約為4.0,其目的有:
①將溶液中的少量Ca(OH)2轉(zhuǎn)化為CaCl2;
②防止溶液吸收空氣中CO2;
(3)測定樣品中Cl-含量的方法是:
a.稱取0.7500g樣品,溶解,在250mL容量瓶中定容;b.量取25.00mL待測溶液于錐形瓶中;c.用0.0500mol•L-1AgNO3溶液滴定至終點(diǎn),消耗AgNO3溶液體積的平均值為20.00mL.
①上述測定過程中不需要用盛裝溶液潤洗的儀器有錐形瓶,若潤洗后會導(dǎo)致結(jié)果偏高
②計(jì)算上述樣品中CaCl2•2H2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.9%;
③若用上述方法測定的樣品中CaCl2•2H2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏高(測定過程中產(chǎn)生的誤差可忽略),其可能原因有:樣品中存在少量的NaCl;少量的CaCl2.2H2O失水.
(4)工業(yè)上冶煉金屬鈣的方法是電解法;請寫出此冶煉的化學(xué)反應(yīng)方程式CaCl2 $\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Ca+Cl2↑.

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

7.下列氣體不能用排空氣法收集的是( 。
A.SO2B.NH3C.NOD.NO2

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:推斷題

14.A、B、C、D是中學(xué)化學(xué)的常見物質(zhì),其中A、B、C均含有同一種元素.在一定條件下相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系如圖所示(部分反應(yīng)中的H2O已略去).請?zhí)羁眨?br />(1)若A可用于自來水消毒,D是生產(chǎn)、生活中用量最大、用途最廣的金屬單質(zhì),加熱蒸干B的溶液不能得到B,則B的化學(xué)式可能是FeCl3;實(shí)驗(yàn)室制取A的化學(xué)方程式為MnO2+4HCl(濃)$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl2+Cl2↑+2H2O.
(2)若A是一種堿性氣體,常用作制冷劑,B是汽車尾氣之一,遇空氣會變色,則反應(yīng)①的化學(xué)方程式為4NH3+5O2$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H2O.
(3)若D是氯堿工業(yè)的主要產(chǎn)品,B有兩性,則反應(yīng)②的離子方程式是Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O.
(4)若D是空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)必報(bào)的無色有刺激性氣味氣體,A、B、C的焰色反應(yīng)都呈黃色,則B的化學(xué)式是Na2SO3

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

11.如表是元素周期表的一部分,回答下列有關(guān)問題:
  族
周期
ⅠAⅡAⅢAⅣAⅤAⅥAⅦA0
2
3
4
(1)寫出下列元素符號:①N,⑥Si,⑦S,⑪Ca.
(2)在這些元素中,最活潑的金屬元素是K,最活潑的非金屬元素是F,最不活潑的元素是Ar(用元素符號作答).
(3)在這些元素的最高價氧化物對應(yīng)水化物中,酸性最強(qiáng)的是(填化學(xué)式)HClO4,堿性最強(qiáng)的是KOH,呈兩性的氫氧化物是Al(OH)3
(4)在這些元素中(除稀有氣體),原子半徑最小的是(填元素符號)F,原子半徑最大的是K.
(5)在⑤與④中,化學(xué)性質(zhì)較活潑的是(填元素名稱)鎂,設(shè)計(jì)一個簡單實(shí)驗(yàn)(只要寫出實(shí)驗(yàn)方案即可),用化學(xué)實(shí)驗(yàn)證明.分別與水反應(yīng)根據(jù)反應(yīng)劇烈程度進(jìn)行判斷.
(6)在⑧與 ⑦中,單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)較活潑的是氯氣,寫出可以驗(yàn)證該結(jié)論的化學(xué)方程式Cl2+2H2S=2HCl+S↓.

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

12.鋰離子電池是一種二次電池,它主要依靠鋰離子在兩極之間移動來工作.某鋰離子電池正極材料有鈷酸鋰(LiCoO2)、鋁箔和有機(jī)物導(dǎo)電劑等.現(xiàn)利用以下流程回收正極材料中的某些資源.

請回答下列問題:
(1)用硫酸和過氧化氫酸浸時,一般在90℃下進(jìn)行,寫出該步驟中LiCoO2參與的化學(xué)反應(yīng)方程式2LiCoO2+3H2SO4+H2O2=Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O.當(dāng)有1mol LiCoO2參加反應(yīng)時,得到氧化產(chǎn)物的質(zhì)量為16g.
(2)常溫條件下調(diào)pH時,若使Al3+完全沉淀所需最小的pH為5(保留整數(shù)).
(已知:①離子濃度等于或小于1.×10-6時,認(rèn)為其完全沉淀; ②Al(OH)3的Ksp=1.13×10-33
(3)操作1的名稱是萃取分液.
(4)從平衡角度進(jìn)行解釋生成CoCO3固體的原因HCO3-存在電離平衡:HCO3-?H++CO32-,當(dāng)電離產(chǎn)生的CO32-濃度與溶液中Co2+濃度的積(即濃度積)大于CoCO3的Ksp時,對于溶解平衡:CoCO3(S)?Co2+(aq)+CO32-(aq)而言,平衡將向生成沉淀的方向移動.
(5)鈷元素與鐵元素都屬于第 VIII族,它們的化合物有相似的性質(zhì).Co(OH)2在空氣中加熱時,鈷元素在固體殘留物中的百分含量有如右圖所示的變化.已知鈷的氫氧化物加熱至290℃時已完全脫水,則A點(diǎn)時,剩余固體的成分為Co2O3(填化學(xué)式);在550-600℃范圍內(nèi),剩余固體的成分為CoO、Co3O4(填化學(xué)式).

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同步練習(xí)冊答案