搜索
1第2题化工流程题1．锂被誉为“金属味精”，以LiCoO2为正极材料的锂离子电池已被广泛用作便携式电源。工业上常以β锂辉矿(主要成分为LiAlSi2O6，还含有FeO、MgO、CaO等杂质)为原料来制取金属锂。其中一种工艺流程如下：已知：①部分金属氢氧化物开始沉淀和完全沉淀时的pH：氢氧化物Fe(OH)3Al(OH)3Mg(OH)2开始沉淀pH2.73.79.6完全沉淀pH3.74.711②Li2CO3在不同温度下的溶解度如下表：温度/℃205075100Li2CO3的溶解度/g1.3291.1810.8660.728③LiOH微溶于水。请回答下列问题：(1)用氧化物形式表示LiAlSi2O6的组成：______________。(2)反应Ⅱ加入碳酸钙的作用是______________________________________________。(3)写出反应Ⅲ中生成沉淀A的离子方程式___________________________________。(4)洗涤所得Li2CO3沉淀要使用__________(选填“热水”或“冷水”)，你选择的理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)将氯化锂溶液蒸干的过程中还不断通入HCl，其作用是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(6)电解熔融氯化锂生产锂时，阳极产生的氯气中会混有少量氧气，原因是________________________________________________________________________。答案(1)Li2O·Al2O3·4SiO2(2)消耗反应Ⅰ中过量的H2SO4；控制pH，使Fe3＋、Al3＋完全沉淀(3)Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓、Ca2＋＋CO2－3===CaCO3↓(4)热水Li2CO3在较高温度下溶解度小，用热水洗涤可减少Li2CO3的损耗(5)抑制LiCl的水解，防止生成LiOH，同时HCl可带走水蒸气2(6)加热蒸干LiCl溶液时，LiCl有少量水解生成LiOH，受热分解生成Li2O，电解时O2－放电产生O2(其他合理答案均可)2．(2013·新课标全国卷Ⅰ，27)锂离子电池的应用很广，其正极材料可再生利用。某锂离子电池正极材料有钴酸锂(LiCoO2)、导电剂乙炔黑和铝箔等。充电时，该锂离子电池负极发生的反应为6C＋xLi＋＋xe－===LixC6。现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源(部分条件未给出)：回答下列问题：(1)LiCoO2中，Co元素的化合价为__________。(2)写出“正极碱浸”中发生反应的离子方程式________________________________。(3)“酸浸”一般在80℃下进行，写出该步骤中发生的所有氧化还原反应的化学方程式____________________；可用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液，但缺点是________________________________________________________________________。(4)写出“沉钴”过程中发生反应的化学方程式________________________________。(5)充放电过程中，发生LiCoO2与Li1－xCoO2之间的转化，写出放电时电池反应方程式________________________。(6)上述工艺中，“放电处理”有利于锂在正极的回收，其原因是___________________。在整个回收工艺中，可回收到的金属化合物有________________(填化学式)。答案(1)＋3(2)2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO－2＋3H2↑(3)2LiCoO2＋3H2SO4＋H2O2=====△Li2SO4＋2CoSO4＋O2↑＋4H2O、2H2O2=====△2H2O＋O2↑有氯气生成，污染较大(4)CoSO4＋2NH4HCO3===CoCO3↓＋(NH4)2SO4＋H2O＋CO2↑(5)Li1－xCoO2＋LixC6===LiCoO2＋6C(6)Li＋从负极中脱出，经由电解质向正极移动并进入正极材料中Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4解析(1)依据化合价代数和等于零可计算Co的化合价为＋3价。(2)由正极“碱浸”后的物质变化流程可知，滤液中获取Al(OH)3，滤渣再经一系列变化得Li2SO4、CoSO4，可推知正极“碱浸”时只有铝被NaOH溶解。(3)“碱浸”后所得滤渣LiCoO2中Co的化合价为＋3价，而“酸浸”后生成CoSO4中Co3的化合价为＋2价，显然H2O2是还原剂，氧化产物只能是O2；又H2O2具有不稳定性，受热易分解，也属于氧化还原反应。(4)“沉钴”这一步，反应物为CoSO4、NH4HCO3，生成物中有CoCO3，必然产生大量H＋，而HCO－3与H＋又不能大量共存，继续反应产生CO2。此题容易忽视HCO－3与H＋的继续反应，澄清了这些问题，再利用质量守恒定律，就能顺利写出化学方程式。(5)依据充电时正极的物质变化，可写出放电时的电极反应：Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋===LiCoO2依据负极充电的电极反应，写出放电时电极反应：LixC6－xe－===6C＋xLi＋，以上两个电极反应相加，即得总方程式。(6)“放电处理”的一个重要目的是回收锂，Li＋要沉积在正极。解答这一问题的关键是Li＋怎样沉积在正极上。放电时，离子运动的方向是“正向正，负向负”。从流程的最终产物上很容易找到回收的金属化合物：Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4。3．软锰矿的主要成分是二氧化锰，用软锰矿浆吸收工业废气中的二氧化硫，可以制备高纯度的硫酸锰晶体，其流程如下所示：已知：浸出液中的金属阳离子主要是Mn2＋，还含有少量的Fe2＋、Al3＋等，且pH2。几种离子开始沉淀和完全沉淀时的pH如表所示：离子开始沉淀时的pH完全沉淀时的pHFe2＋7.69.7Fe3＋2.73.7Al3＋3.84.7Mn2＋8.39.8根据上述流程，回答下列问题：(1)写出二氧化锰与二氧化硫反应的化学方程式：______________________________。(2)浸出液的pH2，从上述流程看，可能的原因为_____________________________(用化学用语和必要的文字说明)。(3)用离子方程式表示加入二氧化锰的作用：__________________________________。从表中数据来看，能不能取消“加入二氧化锰”的步骤？原因是________________________________________________________________________。下列试剂能替代二氧化锰的是__________(填序号)。A．双氧水B．氯水C．高锰酸钾溶液D．次氯酸钠(4)有同学认为可以用碳酸锰(MnCO3)或氢氧化锰[Mn(OH)2]替代石灰乳，你是否同意此观4点？简述理由：________________________________________________________________________。(5)从含硫酸锰的滤液中提取硫酸锰晶体的操作是______。利用滤渣能提取高纯度的铁红，简述其操作过程：____________________________。答案(1)SO2＋MnO2===MnSO4(2)二氧化硫溶于水生成H2SO3，H2SO3部分电离：SO2＋H22SO3＋＋HSO－3(3)MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O不能，pH＝9.7时Fe2＋才完全沉淀，而pH＝8.3时Mn2＋已经开始沉淀A(4)同意，Fe3＋、Al3＋的水解程度比Mn2＋的大，Fe3＋＋3H2(OH)3＋3H＋，Al3＋＋3H23＋3H＋，加入的碳酸锰或氢氧化锰能与H＋反应，促进铁离子、铝离子水解，进而转化为沉淀，通过过滤除去杂质(5)蒸发浓缩、降温结晶、过滤将滤渣溶于足量氢氧化钠溶液中，过滤、洗涤、烘干、灼烧解析(1)从最终产物为硫酸锰晶体来看，二氧化硫与二氧化锰反应生成硫酸锰。(2)二氧化硫溶于水生成亚硫酸，亚硫酸属于中强酸，部分电离。(3)从表中数据看，二价铁离子完全沉淀时，锰离子已部分沉淀，必须用氧化剂将二价铁离子氧化成三价铁离子。选择使用的氧化剂不能引入新杂质。(4)利用盐类水解，促进三价铁离子和铝离子完全水解。(5)滤渣的主要成分是氢氧化铁、氢氧化铝，用足量氢氧化钠溶液溶解氢氧化铝，过滤后得到氢氧化铁，灼烧后得到铁红(氧化铁)。4．从铝土矿(主要成分是Al2O3，含SiO2、Fe2O3、MgO等杂质)中提取氧化铝的两种流程如下：请回答下列问题：(1)给滤液E中通入过量的NH3，其反应的离子方程式是____________________________。(2)流程Ⅱ中加入烧碱溶液后，生成SiO2－3的离子方程式是________________________。(3)验证滤液A中含Fe3＋，可取少量滤液并加入__________________(填写试剂名称)。(4)滤液C中溶质的主要成分是________________(填化学式)，写出该溶质的一种用途________________________________________________________________________。(5)滤液F中离子电荷守恒的关系式为___________________________________。(6)滤液C和滤液F共同的溶质为G，用惰性电极电解500mL0.1mol·L－1的G溶液，5若阳极得到56mL气体(标准状况)，则所得溶液在常温下的pH为______________(忽略电解前后溶液体积的变化)。(7)已知25℃时Mg(OH)2的溶度积常数Ksp＝1.8×10－11。取适量的滤液A，加入一定量的烧碱溶液至达到沉淀溶解平衡，测得该溶液的pH＝13.00，则25℃时残留在溶液中的c(Mg2＋)＝________mol·L－1。答案(1)H＋＋NH3·H2O===NH＋4＋H2O、Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH＋4(2)SiO2＋2OH－===SiO2－3＋H2O(3)硫氰化钾(或硫氰酸钾、苯酚等)(4)NaHCO3、NaCl制纯碱(或作发酵粉、食用盐等)(5)c(NH＋4)＋c(Na＋)＋c(H＋)＝c(Cl－)＋c(OH－)(6)12(7)1.8×10－9解析(1)滤液E为NaCl、AlCl3和HCl的混合溶液，通入过量NH3，离子反应有：H＋＋NH3·H2O===NH＋4＋H2O、Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH＋4。(2)生成SiO2－3的离子反应为SiO2＋2OH－===SiO2－3＋H2O。(3)滤液A为FeCl3、MgCl2、AlCl3和HCl的混合溶液，可以利用KSCN溶液或苯酚溶液检验Fe3＋的存在。(5)滤液F为NaCl、NH4Cl和NH3·H2O的混合溶液，其中电荷守恒关系式为c(Na＋)＋c(NH＋4)＋c(H＋)＝c(Cl－)＋c(OH－)。(6)G为NaCl，根据2NaCl＋2H2O=====电解2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，阳极得到标准状况下的56mLCl2时，电解质溶液中n(OH－)＝0.056L22.4L·mol－1×2＝0.005m