题目内容
【题目】用含锂废渣(主要金属元素的含量:Li 3.50% Ni 6.55% Ca 6.41% Mg 13.24%)制备Li2CO3,并用其制备Li+电池的正极材料LiFePO4。部分工艺流程如下:
资料:ⅰ滤液1、滤液2中部分两者的浓度(g/L)
ⅱEDTA能和某些二价金属离子形成稳定的水溶性络合物。
ⅲ某些物质溶解度(S):
I.制备Li2CO3粗品
(l)上述流程中为加快化学反应速率而采取的措施是 ___。
(2)向滤液2中先加入EDTA,再加入饱和Na2CO3溶液,90℃充分反应后,分离出 固体Li2CO3粗品的操作是 ______。
(3)处理lkg含锂3.50%的废渣,锂的浸出率为a,Li+转化为Li2CO3的转化率为b,则粗品中含Li2CO3的质量是 ____g。(摩尔质量:Li 7 g.mol-l Li2CO3 74 g.mol-l)
II.纯化Li2CO3粗品
(4)将Li2CO3转化为LiHCO3后,用隔膜法电解LiHCO3溶液制备高纯度的LiOH,再转化得电池级Li2CO3。电解原理如图所示,阳极的电极反应式是 _______。
III.制备LiFePO4
(5)将电池级Li2CO3和C、FePO4高温下反应,生成LiFePO4和一种可燃性气体,该反应的化学方程式是__。
【答案】研磨、70℃加热 趁热过滤 185ab 4OH--4e-=2H2O+O2↑ Li2CO3+2C+2FePO4 2LiFePO4+3CO
【解析】
根据流程可知,将含锂废渣研磨后,在70℃下用稀硫酸酸浸出其中的金属离子,得到含有Li+、Ca2+、Mg2+的酸性溶液,其中部分Ca2+与SO42-结合生成CaSO4沉淀,过滤,滤渣1主要是CaSO4,向滤液1中加入NaOH调节溶液pH=12,沉淀Ni2+、Ca2+、Mg2+,滤渣2主要是Ni(OH)2、Mg(OH)2和少量的 Ca(OH)2,滤液中含有Li+,向滤液2中加入EDTA,再加入饱和的Na2CO3溶液,90℃下充分反应,得到沉淀趁热过滤后得到粗品Li2CO3,将Li2CO3转化为LiHCO3后,用隔膜法电解LiHCO3溶液来制备高纯度的LiOH,再转化得到电池级Li2CO3,将电池级Li2CO3和C、FePO4高温下发生反应Li2CO3+2C+2FePO4 2LiFePO4+3CO,据此作答。
(1)流程中为加快反应速率而采取的措施是研磨、70℃加热;
(2)根据保重数据可知Li2CO3高温时的溶解度较小,因此90℃下充分反应后,通过趁热过滤分离出固体Li2CO3粗品;
(3)1kg含锂3.50%的废渣,锂的浸出率为a,那么浸出的Li+的物质的量为=5amol,Li+转化为Li2CO3的转化率为b,那么粗品中含Li2CO3的质量为5amol×
×b×74g/mol=185abg;
(4)根据电解示意图可知,阳极失去电子发生氧化反应,OH-放电,电极反应为:4OH--4e-=2H2O+O2↑;
(5)Li2CO3和C、FePO4高温下反应,生成LiFePO4和一种可燃性气体,根据元素分析可知可燃性气体为CO,因此方程式为:Li2CO3+2C+2FePO4 2LiFePO4+3CO
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【题目】某学生对SO2与漂粉精的反应进行实验探究:
操作 | 现象 |
取4g漂粉精固体,加入100mL水 | 部分固体溶解,溶液略有颜色 |
过滤,测漂粉精溶液的pH | pH试纸先变蓝(约为12),后褪色 |
液面上方出现白雾; |
(1)C12和Ca(OH)2制取漂粉精的化学方程是_________。
(2)pH试纸颜色的变化说明漂粉精溶液具有的性质是_________。
(3)向水中持续通入SO2,未观察到白雾。推测现象i的白雾由HC1小液滴形成,进行如下实验:
a.用湿润的碘化钾淀粉试纸检验白雾,无变化;
b.用酸化的AgNO3溶液检验白雾,产生白色沉淀。
① 实验a目的是______。
②由实验a、b不能判断白雾中含有HC1,理由是________。
(4)现象ii中溶液变为黄绿色的可能原因:随溶液酸性的增强,漂粉精的有效成分和C1-发生反应。通过进一步实验确认了这种可能性,其实验方案是______。
(5)将A瓶中混合物过滤、洗涤,得到沉淀X
①向沉淀X中加入稀HC1,无明显变化。取上层清液,加入BaC12溶液,产生白色沉淀。则沉淀X中含有的物质是_____。
②用离子方程式解释现象iii中黄绿色褪去的原因:________。
【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___。
【题目】某同学进行胆矾结晶水测定实验,得到下(1)~(4)组数剧:
编号 | 加热前 | 加热后 | |
坩埚质量(克) | 坩埚+胆矾质量(克) | 坩埚+无水CuSO4质量(克) | |
(1) | 5.0 | 7.5 | 6.6 |
(2) | 5.42 | 7.95 | 6.8 |
(3) | 5.5 | 8.0 | 7.1 |
(4) | 5.0 | 7.5 | 6.8 |
实验数据表明有两次实验失误,失误的实验是( )
A.(1)和(2)
B.(2)和(4)
C.(1)和(3)
D.(3)和(4)