题目内容
【题目】2019年诺贝尔化学奖授予约翰·古迪纳夫、斯坦利·威廷汉和吉野彰,表彰他们对锂离子电池研究的贡献。磷酸亚铁锂(LiFePO4)电池是新能源汽车的动力电池之一。采用湿法冶金工艺回收废旧磷酸亚铁锂电池正极片(除LiFePO4外,还含有Al箔、少量不溶于酸碱的导电剂)中的资源,部分流程如图:
已知:Ksp ( Li2CO3)=1.6×10-3 。部分物质的溶解度(S)如下表所示:
T℃ | S(Li2CO3)/g | S(Li2SO4)/g | S(Li3PO4)/g |
20 | 1.33 | 34.2 | 0.039 |
80 | 0.85 | 30.5 | —— |
100 | 0.72 | —— |
(1)从“正极”可以回收的金属有___。
(2)写出碱溶时Al箔溶解的离子方程式___。
(3)磷酸亚铁锂电池在工作时,正极发生LiFePO4和FePO4的转化,该电池充电时正极的电极反应式为___。
(4)酸浸时产生标准状况下3.36LNO时,溶解 LiFePO4___mol(其他杂质不与HNO3反应),若用H2O2代替HNO3,发生反应的离子方程式为___。
(5)流程中用“热水洗涤”的原因是___。
(6)若滤液②中c(Li+)=4mol/L,加入等体积的Na2CO3后,Li+的沉降率到90%,计算滤液③中c(CO32-)=___mol/L。
(7)“沉淀”时___(填“能”或“不能”)用Na2SO4溶液代替饱和Na2CO3溶液,原因是___。
【答案】Li、Fe、Al 2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑ LiFePO4 -e-=FePO4+Li+ 0.45 H2O2+2H++2Fe2+=2Fe3++2H2O或H2O2+8H++2LiFePO4=2Fe3++2H2O+2H3PO4+2Li+ Li2CO3的溶解度随温度升高而减小,热水洗涤可减少Li2CO3的溶解 0.04 不能 Li2SO4为易溶物
【解析】
正极片经碱溶可得到NaAlO2滤液,含有磷酸亚铁锂的滤渣加入硫酸、硝酸,可除去不溶于酸碱的导电剂,得到含有P、Fe、Li的滤液,加入碱液调节pH值,生成的沉淀为FePO4,滤液加入碳酸钠,可生成碳酸锂沉淀,以此解答该题。
(1)根据分析流程,碱溶可得到NaAlO2滤液,调节pH值,生成的沉淀为FePO4,加入碳酸钠,可生成Li2CO3沉淀,可判断从“正极”可以回收的金属;
(2)碱溶时Al箔与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和氢气;
(3)磷酸亚铁锂电池在工作时,正极发生还原反应,电极反应式为:FePO4+e-+Li+= LiFePO4该电池充电时正极变为阳极,失电子发生氧化反应,将放电时正极反应倒写即为阳极电极反应式;
(4)酸浸时HNO3转化为NO,产生标准状况下3.36LNO的物质的量为=0.15mol,产生1molNO,转移3mol电子,则生成0.15molNO转移0.45mol电子,LiFePO4与硝酸反应转化为FePO4,Fe的化合价由+2价变为+3价,溶解1mol LiFePO4转移1mol电子,则转移0.45mol电子,溶解 LiFePO40.45mol;若用H2O2代替HNO3,H2O2与LiFePO4发生氧化还原反应;
(5)根据表格数据已知条件可得,Li2CO3的溶解度随温度升高而减小,热水洗涤可减少Li2CO3的溶解;
(6)若滤液②中c(Li+)=4mol/L,加入等体积的Na2CO3后,Li+的沉降率到90%,混合后溶液中含有的c(Li+)=4mol/L×(1-90%)×=0.2mol/L,已知:Ksp ( Li2CO3)= c2 (Li+)·c(CO32-)=1.6×10-3,进而计算c(CO32-);
“沉淀”时不能用Na2SO4溶液代替饱和Na2CO3溶液,原因是Li2SO4为易溶物,最终得不到Li2CO3沉淀。
(1)根据分析流程,碱溶可得到NaAlO2滤液,调节pH值,生成的沉淀为FePO4,加入碳酸钠,可生成Li2CO3沉淀,因此从“正极”可以回收的金属有Li、Fe、Al,
答案为:Li、Fe、Al;
(2)碱溶时Al箔与氢氧化钠反应,溶解的离子方程式2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑,
答案为:2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑;
(3)磷酸亚铁锂电池在工作时,正极发生还原反应,电极反应式为:FePO4+e-+Li+= LiFePO4该电池充电时正极变为阳极,失电子发生氧化反应,将放电时正极反应倒写即为阳极电极反应式为LiFePO4=FePO4+Li++e-,
答案为:LiFePO4 -e-=FePO4+Li+;
(4)酸浸时HNO3转化为NO,产生标准状况下3.36LNO的物质的量为=0.15mol,产生1molNO,转移3mol电子,则生成0.15molNO转移0.45mol电子,LiFePO4与硝酸反应转化为FePO4,Fe的化合价由+2价变为+3价,溶解1mol LiFePO4转移1mol电子,则转移0.45mol电子,溶解 LiFePO40.45mol;若用H2O2代替HNO3,H2O2与LiFePO4发生氧化还原反应,反应的离子方程式为H2O2+2H++2Fe2+
答案为:0.45;H2O2+2H++2Fe2+=2Fe3++2H2O或H2O2+8H++2LiFePO4=2Fe3++2H2O+2H3PO4+2Li+;
(5)根据表格数据可得,Li2CO3的溶解度随温度升高而减小,热水洗涤可减少Li2CO3的溶解,
答案为:Li2CO3的溶解度随温度升高而减小,热水洗涤可减少Li2CO3的溶解;
(6)若滤液②中c(Li+)=4mol/L,加入等体积的Na2CO3后,Li+的沉降率到90%,混合后溶液中含有的c(Li+)=4mol/L×(1-90%)×=0.2mol/L,已知:Ksp ( Li2CO3)= c2 (Li+)·c(CO32-)=1.6×10-3,则滤液③中c(CO32-)=
=
=0.04 mol/L,
答案为:0.04;
(7)“沉淀”时不能用Na2SO4溶液代替饱和Na2CO3溶液,原因是Li2SO4为易溶物,最终得不到Li2CO3沉淀,
答案为:Li2SO4为易溶物。
![](http://thumb2018.1010pic.com/images/loading.gif)
【题目】二甲醚(CH3OCH3)被称为“21 世纪的清洁燃料”。利用甲醇脱水可制得二甲醚,反应方程式如下: 2CH3OH(g) CH3OCH3(g) + H2O(g) ΔH1
(1)二甲醚亦可通过合成气反应制得,相关热化学方程式如下:
2H2(g)+ CO(g) CH3OH(g) ΔH2
CO(g)+ H2O(g) CO2(g)+ H2(g) ΔH3
3H2(g)+ 3CO(g) CH3OCH3(g)+ CO2 (g) ΔH4
则ΔH1= ________(用含有ΔH2、ΔH3、ΔH4的关系式表示)。
(2)经查阅资料,上述反应平衡状态下 Kp 的计算式为: (Kp 为以分压表示的平衡常数,T 为热力学温度)。且催化剂吸附 H2O(g)的量会受压强影响,从而进一步影响催化效率。)
①在一定温度范围内,随温度升高,CH3OH(g)脱水转化为二甲醚的倾向_______ (填“增大”、“不变”或“减小”)。
②某温度下(此时 Kp=100),在密闭容器中加入CH3OH,反应到某时刻测得各组分的分压如下:
物质 | CH3OH | CH3OCH3 | H2O |
分压/MPa | 0.50 | 0.50 | 0.50 |
此时正、逆反应速率的大小:v正 ____v逆 (填“>”、 “<”或“=”)。
③200℃时,在密闭容器中加入一定量甲醇 CH3OH,反应到达平衡状态时,体系中CH3OCH3(g)的物质的量分数为 _______(填标号)。
A.< B.
C.
~
D.
E.>
④300℃时,使 CH3OH(g)以一定流速通过催化剂,V/F (按原料流率的催化剂量)、压强对甲醇转化率影响如图1所示。请解释甲醇转化率随压强(压力)变化的规律和产生这种变化的原因,规律__________________________,原因_______________________。
(3)直接二甲醚燃料电池有望大规模商业化应用,工作原理如图2所示。
①该电池的负极反应式为:_______________。
②某直接二甲醚燃料电池装置的能量利用率为 50%,现利用该燃料电池电解氯化铜溶液,若消耗 2.3g 二甲醚,得到铜的质量为_______ g。