题目内容
【题目】实验室里,从废旧钴酸锂离子电池的正极材料(在铝箔上涂覆活性物质LiCoO2)中,回收钴、锂的操作流程如下图所示:
回答下列问题。
(1)拆解废旧电池获取正极材料前,先将其浸入NaCl溶液中,使电池短路而放电,此时溶液温度升高,该过程中能量的主要转化方式为____。
(2)“碱浸”过程中产生的气体是____;“过滤”所得滤液用盐酸处理可得到氢氧化铝,反应的化学方程式为____。
(3)“酸浸”时主要反应的离子方程式为____;若硫酸、Na2S2O3溶液用一定浓度的盐酸替代,也可以达到“酸浸”的目的,但会产生____(填化学式)污染环境。
(4)“沉钴”时,调pH所用的试剂是____;“沉钴”后溶液中c(Co2+)=____。(已知:Ksp[Co(OH)2]=1.09×l0-15)
(5)在空气中加热Co(OH)2,使其转化为钴的氧化物。加热过程中,固体质量与温度的关系如左下图所示。290~500℃,发生反应的化学方程式为____。
(6)根据右下图判断,“沉锂”中获得Li2CO3固体的操作主要包括____、____、洗涤、干燥等步骤。
【答案】化学能→电能→热能 H2 NaAlO2+HCl+H2O=NaCl+Al(OH)3↓ 8LiCoO2+ S2O32-+22H+=8Li++8Co2++2SO42-+11H2O Cl2 NaOH溶液或氢氧化钠固体 1.09×l0-6mol/L 6Co2O34Co3O4+ O2↑ 蒸发浓缩 趁热过滤
【解析】
正极材料主要由Al和LiCoO2组成,LiCoO2属于盐类,由复分解反应的条件可判断,其与NaOH溶液混合不发生反应,故“碱浸”过程中只有Al和NaOH反应生成偏铝酸钠和氢气,过滤得到滤渣为LiCoO2;“酸浸”时反应物有LiCoO2、硫酸和Na2S2O3溶液,依据“沉钴”产物为Co(OH)2可判断,反应后钴元素的价态从+3价降为+2价,依据氧化还原反应规律以及工艺中最后还可获得Na2SO4·10H2O副产品,可推知S元素价态升高并转化为SO42-;之后调节pH值得到Co(OH)2沉淀,再加入碳酸钠溶液调节pH值沉锂,得到碳酸锂和母液,母液结晶得到Na2SO4·10H2O。
(1)依据“电池短路而放电”“溶液温度升高”两项信息,即可判断废旧电池的处理过程中能量的主要转化方式为化学能→电能→热能;
(2)依题中信息可知,正极材料主要由Al和LiCoO2组成,LiCoO2属于盐类,由复分解反应的条件可判断,其与NaOH溶液混合不发生反应,故“碱浸”过程中只有Al和NaOH反应,生成NaAlO2和H2;“过滤”所得滤液用适量盐酸处理可以得到氢氧化铝,方程式为NaAlO2+HCl+H2O=NaCl+Al(OH)3↓;
(3)根据分析可知“酸浸”时Na2S2O3被氧化为SO42-,Co元素被还原,结合电子守恒和元素守恒可知离子反应方程式为:8LiCoO2+ S2O32-+22H+=8Li++8Co2++2SO42-+11H2O;加入的Na2S2O3 起还原作用,用一定浓度的盐酸替代“Na2S2O3溶液和硫酸”,也能实现酸浸目的,可知该反应中,盐酸也起了还原剂的作用,氧化产物为会污染环境的Cl2;
(4)结合“沉锂”后母液中还可以获得Na2SO4·10H2O,可知用的试剂为NaOH溶液或固体;溶液pH=9.5,则溶液中c(OH-)=10-4.5mol/L,带入Ksp[Co(OH)2]= c2(OH-)·c(Co2+)=1.09 ×l0-15求得c(Co2+)=1.09×l0-6mol/L;
(5)从图中信息可知,加热前的反应物为Co(OH)2 (0.930g) ,其物质的量为0.01mol,依据钴元素的量不变可知: n(Co)=0.01 mol, m(Co)=0.590g,温度升温290℃时,转化为0.830g某种钴的氧化物,该氧化物中,n(O)==0.015mol,由此可以确定该氧化物为Co2O3;同理可以确定500℃时,n(O)=
≈0.0133mol,则生成的氧化物为Co3O4;所以290℃~500℃过程中,Co2O3转化为Co3O4,反应过程中,Co元素化合价降低。氧元素化合价升高并转化为O2,故反应的化学方程式为6Co2O3
4Co3O4+ O2↑;
(6)分析溶解度曲线可知LiCO3微溶,其溶解度随温度升高而降低,为了提高锂元素的回收率,同时防止硫酸钠析出,应采用蒸发浓缩(减少溶剂)并在较高温度下趁热过滤等操作。
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【题目】苯乙烯()是生产各种塑料的重要单体,可通过乙苯催化脱氢制得:
(g)
(g)+H2(g) △H
(1)已知:
化学键 | C-H | C-C | C=C | H-H |
键能/kJ/mol | 412 | 348 | 612 | 436 |
计算上述反应的△H=________ kJ·mol-1。
(2)500℃时,在恒容密闭容器中,充入a mol乙苯,反应达到平衡后容器内气体的压强为P;若再充入bmol的乙苯,重新达到平衡后容器内气体的压强为2P,则a_______b(填“>” “<”或“=”),乙苯的转化率将________(填“增大” “减小”或“不变”)。
(3)工业上,通常在乙苯(EB)蒸气中掺混N2(原料气中乙苯和N2的物质的量之比为1︰10,N2不参与反应),控制反应温度600℃,并保持体系总压为0.1Mpa不变的条件下进行反应。在不同反应温度下,乙苯的平衡转化率和某催化剂作用下苯乙烯的选择性(指除了H2以外的产物中苯乙烯的物质的量分数)示意图如下:
①A,B两点对应的正反应速率较大的是________。
②掺入N2能提高乙苯的平衡转化率,解释说明该事实___________________________。
③用平衡分压代替平衡浓度计算600℃时的平衡常数Kp=________。(保留两位有效数字,分压=总压×物质的量分数)
④控制反应温度为600℃的理由是___________________________。