【题目】锂离子电池正极材料需要纯度较高的硫酸锰,目前工业硫酸锰中杂质(钙、镁、铁等)含量高,利用下图流程可制取纯度较高的硫酸锰溶液。
反应①使杂质生成氟化物的沉淀,对反应①前后的杂质含量检测结果(以350g/LMnSO4计)如下:
杂质 | 净化前/g | 净化后/g | 去除率/% |
Fe2+、Fe3+ | 0.001275 | 0.001275 | ﹣ |
Ca2+ | 0.490000 | 0.021510 | 95.61 |
Mg2+ | 0.252000 | 0.025100 | 90.04 |
(1)滤渣x中含有的物质是_____。
(2)试分析钙镁去除结果不同的原因:_____。
(3)在滤液中加入KMnO4可以将Fe2+氧化为Fe3+,同时生成Mn2+.该反应的离子方程式为_____。
(4)已知:生成氢氧化物沉淀的pH
Fe(OH)2 | Fe(OH)3 | Mn(OH)2 | |
开始沉淀时 | 6.3 | 1.5 | 8.3 |
完全沉淀时 | 8.3 | 2.8 | 9.8 |
注:金属离子的起始浓度为0.1mol/L
根据表中数据解释流程中②的目的:_____。
(5)进一步研究表明,如果反应①后不过滤直接加入KMnO4,同时控制加入的量,反应后调节pH,然后再过滤,可以进一步提高钙镁的去除率.钙镁去除率提高的原因有如下假设:
假设I:Fe2+与生成了Fe3+,Fe3+水解生成的Fe(OH)3吸附了沉淀物;
假设II:Mn2+与反应生成的活性MnO2吸附了沉淀物。
选择适当的无机试剂,设计实验验证假设是否成立____________________。
(6)锂离子电池充放电过程中,锂离子在正极和负极之间来回移动,就像一把摇椅,称“摇椅式电池”。典型的锂离子电池工作原理如图所示。
①放电时Li+的移动方向从__________极到极_____(填“a”或“b”)。
②已知电极总反应:LiCoO2+CLi1﹣xCoO2+CLix,写出放电时正极的电极反应式__。
【题目】某校化学小组同学研究 Cu与H2SO4 溶液反应,小伟同学实验记录如下:
实验编号 | 实验操作 | 实验现象 |
Ⅰ | 取螺旋状铜丝在酒精灯上烧至红热,迅速伸入装有 10 mL 3 mol/L H2SO4溶液的试管中 | 产生大量白雾;溶液颜色变为浅蓝色;试管中出现红色浑浊 |
Ⅱ | 步骤一:取螺旋状铜丝在酒精灯上烧至红热, 迅速伸入装有10 mL蒸馏水的试管中; 步骤二:冷却后加入5 mL 3 mol/L H2SO4 | 步骤一:产生少量白雾;试管中出现黑色浑浊,略带红色 步骤二:浑浊全部为红色;溶液略显蓝色 |
(1)实验一:探究白雾的成分
①波波同学收集实验Ⅰ中白雾,加入品红溶液,溶液褪色,得出结论:白雾成分包含 SO2。可能是因为局部温度过高产生,写出有关化学方程式 ________。
②艳艳同学认为不妥,补充实验Ⅲ:
实验编号 | 实验操作 | 实验现象 |
Ⅲ | 步骤一:取品红溶液,加 3 mol/L H2SO4溶液,加热; 步骤二:收集实验Ⅰ中白雾,加入品红溶液,加热 | 步骤一:溶液褪色,加热无颜色变化; 步骤二:溶液褪色,加热无颜色变化 |
根据实验Ⅲ,可推断白雾成分是______,而并非SO2。
(2)实验二:探究红色固体的成分。经过分析,实验Ⅰ和实验Ⅱ中的红色浑浊成分相同。
(资料)Cu2O能溶在浓氨水中形成无色Cu(NH3)2+,很容易被氧气氧化为蓝色Cu(NH3)22+;Cu2O能与一定浓度的酸溶液发生反应:Cu2O+2H+=Cu2++Cu+H2O。
①写出Cu2O溶在浓氨水中的离子方程式 _______。
②对于红色浑浊的成分,谷哥设计实验并实施,证实了红色固体中只有Cu2O。他的实验是:将实验Ⅰ试管中固体过滤洗涤,得红色固体,__________。
③结合实验Ⅰ和Ⅱ,吉吉同学确定铜丝烧至红热时生成了______。
(3)实验三:探究红色固体不溶的原因。经过检验,实验Ⅰ和实验Ⅱ反应后的溶液均显酸性,对于体系中有Cu2O固体的原因:
龙校假设:在实验条件下,随着溶液酸性降低,Cu2O与酸无法反应。
乔博假设:在实验条件下,随着溶液酸性降低,Cu2O与酸反应速率变小。
邹邹同学继续实验:
实验编号 | 实验操作 | 实验现象 |
Ⅳ | 取Cu2O固体少量,加入到装有 10 mL3 mol/L H2SO4 溶液的试管中 | 溶液迅速变为蓝色;试管中出现少量亮红色固体 |
Ⅴ | 取Cu2O固体少量,加入到装有 10 mL 3 mol/L H2SO4 和少量CuSO4 (浅蓝色)的试管中 | 现象同Ⅳ |
Ⅵ | 重复实验Ⅰ,振荡试管,分为两等份。第一份立刻加入浓硫酸至 c(H2SO4)=3 mol/L;第二份静置 4 h之后,过滤,向固体中加入浓硫酸至 c(H2SO4)=3 mol/L | 第一份加酸后红色固体明显减少,溶液蓝色加深;第二份静置时,固体减少,溶液缓慢变为蓝色,固体加酸后无明显现象。 |
①实验Ⅴ的目的是 ______。
②通过以上实验,臧臧同学得出的结论是______。