题目内容
【题目】2019年诺贝尔化学奖授予锂离子电池领域。LiFePO4(磷酸亚铁锂) 是锂离子电池的一种电极材料,可通过下列方法制备:
方法一:2FePO4(s)+Li2 CO3(s)+2C(s)2LiFePO4(s)+3CO(g)
(1)该反应的平衡常数表达式为_____。若在容积不变的容器中,上述反应达到平衡时,一氧化碳的浓度为amolL﹣1,再充入bmol一氧化碳,则平衡向_____方向移动,达到新平衡时,一氧化碳的浓度为_____。
(2)一定温度下,在2L密闭容器中发生上述反应。反应进行到20min时,容器内固体的质量减少了5.6g,则0~20min内一氧化碳的平均反应速率是_____。
方法二:LiFePO4可以通过(NH4)2Fe(SO4)2、H3PO4与Li OH溶液发生共沉淀反应,所得沉淀经80℃真空干燥、高温成型而制得。
(3)氢氧化钠碱性比氢氧化锂碱性强,请用元素周期律知识说明理由_____。
(4)共沉淀反应投料时,不将(NH4)2Fe(SO4)2和LiOH溶液直接混合,其原因是_____。
(5)磷酸亚铁锂电池总反应为:FePO4+Li LiFePO4,放电时,负极为_____(填写化学式)。若用该电池电解饱和食盐水(电解池电极均为惰性电极),当电解池两极共有4480mL气体(标准状况)产生时,该电池消耗锂的质量为_____。
【答案】K=c3(CO) 逆 amolL﹣1 0.005mol/(Lmin) 同一主族,从上到下,元素最高价氧化物对应的水化物碱性逐渐增强 防止形成更易被氧化的氢氧化亚铁(或亚铁离子在碱性条件下更易被氧化) Li 1.4g
【解析】
(1)方程式中只有CO为气体,平衡常数为CO浓度的三次方;CO浓度增大,平衡逆向移动,因为平衡常数仅仅是温度的函数,温度不变,平衡常数不变,故达到平衡时,CO浓度不变;
(2)反应进行到20min时,容器内固体的质量减少了5.6g,说明生成5.6gCO,可计算CO的物质的量浓度,进而计算反应速率;
(3)元素的金属性越强,对应的最高价氧化物的水化物的碱性越强;
(4)(NH4)2Fe(SO4)2和LiOH溶液直接混合,易生成氢氧化亚铁,氢氧化亚铁不稳定;
(5)电池放电时原电池原理,Li失电子发生氧化反应做原电池负极,FePO4在正极得到电子发生还原反应生成LiFePO4;结合根据电解饱和食盐水方程式进行计算电子转移,依据电子守恒和电极反应计算消耗锂的质量。
(1)方程式中只有CO为气体,则K=c3(CO);CO浓度增大,平衡逆向移动,但由于温度不变,则平衡常数不变,故达到平衡时,CO浓度不变,仍为amolL﹣1,故答案为:K=c3(CO);逆;amolL﹣1;
(2)反应进行到20min时,容器内固体的质量减少了5.6g,说明生成了5.6gCO,则c(CO)0.1mol/L,0.005mol/(Lmin),故答案为:0.005mol/(Lmin);
(3)Li在周期表中位于同一主族的元素Na的上方,而从上到下,元素的金属性增强,元素的金属性越强,对应的最高价氧化物的水化物的碱性就越强,则氢氧化钠碱性比氢氧化锂碱性强,故答案为:同一主族,从上到下,元素最高价氧化物对应的水化物碱性逐渐增强;
(4)(NH4)2Fe(SO4)2和LiOH溶液直接混合,易生成氢氧化亚铁,氢氧化亚铁不稳定,易被氧化而生成氢氧化铁,故答案为:防止形成更易被氧化的氢氧化亚铁(或亚铁离子在碱性条件下更易被氧化);
(5)电池放电时,Li失电子发生氧化反应,故其为原电池负极。若用该电池电解饱和食盐水(电解池电极均为惰性电极) ,当电解池两极共有4480mL气体(标准状况)产生时,气体物质的量为0.2mol,生成氢气和氯气物质的量各0.1mol,则根据关系式 可知,消耗锂的质量为0.2mol×7g/mol=1.4g,故答案为:Li;1.4g。
【题目】工业上利用电镀污泥(主要含有Fe2O3、CuO、Cr2O3及部分难溶杂质)回收铜和铬等金属,回收流程如图1:
已知部分物质沉淀的pH及CaSO4的溶解度曲线如图2:
Fe3+ | Cu2+ | Cr3+ | |
开始沉淀pH | 2.1 | 4.7 | 4.3 |
完全沉淀pH | 3.2 | 6.7 | a |
(1)在浸出过程中除了生成Fe2(SO4)3、Cr2(SO4)3外,主要还有__;
(2)在除铁操作中,需要除去Fe3+和CaSO4,请完成相关操作:①加入石灰乳调节pH到约__,检验Fe3+已经除尽的操作是__;②将浊液加到80℃,__;
(3)写出还原步骤中加入NaHSO3生成Cu2O固体反应的离子方程式__,此步骤中加入NaHSO3得到Cu2O的产率为95%,若NaHSO3过量,除了浪费试剂外,还会出现的问题是__;
(4)在FeS饱和溶液中存在:FeS(s)Fe2+(aq)+S2-(aq),常温下FeS的Ksp=6.25×10-18。又知FeS饱和溶液中c(H+)与c(S2-)之间存在以下限量关系:c2(H+)c(S2-)=1.0×10-22,为了使溶液中c(Fe2+)达到1molL-1,现将适量FeS投入其饱和溶液中,应调节溶液中的c(H+)为___。