题目内容

3．正极材料为LiCoO2的锂离子电池已被广泛用作便携式电源．但钴的资源匮乏限制了其进一步发展．
（1）橄榄石型LiFePO4是一种潜在的锂离子电池正极材料，它可以通过（NH4）2Fe（SO4）2、H3PO4与LiOH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．
①共沉淀反应投料时，不将（NH4）2Fe（SO4）2和LiOH溶液直接混合的原因是Fe2+在碱性条件下更易被氧化．
②共沉淀反应的化学方程式为（NH4）2Fe（SO4）2+LiOH+H3PO4=LiFePO4↓+2NH4HSO4+H2O．
③高温成型前，常向LiFePO4中加入少量活性炭黑，其作用除了可以改善成型后的LiFePO4的导电性能外，还能与空气中O2反应，防止LiFePO4中的Fe2+被氧化．
（2）废旧锂离子电池的正极材料试样（主要含有LiCoO2及少量AI、Fe等）可通过（如图1）实验方法回收钴、锂．

①在上述溶解过程中，S2O32-被氧化成SO42-，LiCoO2在溶解过程中反应的化学方程式为8LiCoO2+Na2S2O3+11H2SO4=4Li2SO4+8CoSO4+Na2SO4+11H2O．
②Co（OH）2在空气中加热时，固体残留率随温度的变化，如图2所示．已知钴的氢氧化物加热至290℃时已完全脱水，则1000℃时，剩余固体的成分为CoO．（化学式）在350～400℃范围内，剩余固体的成分为Co2O3、Co3O4．（填化学式）．

分析 （1）①不能直接混合的原因是Fe2+在碱性条件下更容易被氧化；
②根据题给的信息，发生的反应为（NH4）2Fe（SO4）2+LiOH+H3PO4=LiFePO4+2NH4HSO4+H2O；
③消耗空气中的O2，保护Fe2+，防止Fe2+被氧化；
（2）正极材料为LiCoO2的锂离子电池，正极材料试样（主要含有LiCoO2及少量AI、Fe等），加入稀硫酸溶解后铁、铝溶解生成硫酸亚铁、硫酸铝，加入硫代硫酸钠，S2O32-被氧化成SO42-，生成的溶液中含有硫酸锂、硫酸钴、硫酸钠，加入氢氧化钠溶液并通入空气氧化亚铁离子为铁离子，形成铁离子、铝离子的沉淀，滤液中继续加入氢氧化钠调节溶液PH，沉淀钴，过滤得到氢氧化钴，滤液中加入氢氧化钠、碳酸钠调节溶液PH沉淀锂离子形成碳酸锂，
①通过题给信息可知LiCoO2与Na2S2O3发生了氧化还原反应，反应为8LiCoO2+Na2S2O3+11H2SO4=4Li2SO4+8CoSO4+Na2SO4+11H2O；
②根据质量守恒定律，在变化过程中，Co的质量没有变，通过题给数据看，在1000℃是Co（OH）2完全分解，则产物CoO；
在350-400℃时，固体的质量在89.25%-86.38%之间，可以通过极点进行分析，
在290℃，n（Co）：n（O）=$\frac{100}{93}$：[（89.25-100×$\frac{59}{93}$）÷16]=2：3，其化学式为Co2O3；
在500℃，n（Co）：n（O）=$\frac{100}{93}$：[（86.38-100×$\frac{59}{93}$）÷16]=3：4，其化学式为Co3O4，
所以可以确定在350-400℃时的化学式为Co2O3和Co3O4．

解答 解：（1）（NH4）2Fe（SO4）2和LiOH溶液反应生成Fe（OH）2，Fe（OH）2易被氧气氧化；所以不能将直接混合，
故答案为：Fe2+在碱性条件下更易被氧化；
②根据题给信息：（NH4）2、H3PO4与LiOH溶液发生共沉淀反应生成LiFePO4、NH4HSO4和H2O，反应的化学方程式为：（NH4）2Fe（SO4）2+LiOH+H3PO4=LiFePO4+2NH4HSO4+H2O，
故答案为：（NH4）2Fe（SO4）2+LiOH+H3PO4=LiFePO4↓+2NH4HSO4+H2O；
③高温成型前，常向LiFePO4中加入少量活性炭黑，其作用除了可以改善成型后的LiFePO4的导电性能外，还能消耗空气中的氧气，保护Fe2+，防止Fe2+被氧化，
故答案为：与空气中O2反应，防止LiFePO4中的Fe2+被氧化；
（2）正极材料试样主要含有LiCoO2及少量Al、Fe等，加入稀H2SO4、Na2S2O3，S2O32-被氧化成SO42-，具有还原性，正极材料中只有LiCoO2具有氧化性，与反应Na2S2O3反应生成CoSO4，反应化学方程式为：8LiCoO2+Na2S2O3+11H2SO4=4Li2SO4+8CoSO4+Na2SO4+11H2O，
故答案为：8LiCoO2+Na2S2O3+11H2SO4=4Li2SO4+8CoSO4+Na2SO4+11H2O；
②根据质量守恒定律，在变化过程中，Co的质量没有变，假设原始固体质量为100g，则n（Co）=$\frac{100}{93}$mol，m（Co）=100×$\frac{59}{93}$g；
在1000℃时，固体质量不再变化，说明Co（OH）2完全分解，n（Co）：n（O）=$\frac{100}{93}$：[（80.65-100×$\frac{59}{93}$）÷16]=1：1，剩余固体成分为CoO；
在350-400℃时，固体的质量在89.25%-86.38%之间，可以通过极点进行分析，
在290℃，n（Co）：n（O）=$\frac{100}{93}$：[（89.25-100×$\frac{59}{93}$）÷16]=2：3，其化学式为Co2O3；
在500℃n（Co）：n（O）=$\frac{100}{93}$：[（86.38-100×$\frac{59}{93}$）÷16]=3：4，其化学式为Co3O4；
所以可以确定在350-400℃时的化学式为Co2O3和Co3O4，
故答案为：CoO；Co2O3、Co3O4．

点评 本题考查的知识比较散，涉及到能源利用，物质性质、化工流程分析，图表分析，覆盖面比较广，题目难度较大．

练习册系列答案
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14．氮是地球上含量丰富的一种元素，氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用．请回答：
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完成下列问题：
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C．2c（N2H62+）+c（[N2H5•H2O]+）+c（H+）═c（Cl-）+c（OH-）
D．c（N2H62+）＞c（Cl-）＞c（H+）＞c（OH-）
11．如图操作或装置能达到实验目的是（　　）
A．
除去氯气中的HCl气体
B．
分离Na2CO3溶液和CH3COOC2H5的混合物
C．
可以萃取，充分振荡后静置，下层溶液为橙红色，上层为无色
D．
溶解度变化可知，在较低温度下容易分离MgSO4•7H2O和CaSO4•2H2O
18．实验室从含碘废液（除H2O外，含有CCl4、I2、I-等）中回收碘，其实验过程如图1：

（1）向含碘废液中加入稍过量的Na2SO3溶液，将废液中的I2还原为I-，其离子方程式为SO32-+I2+H2O=2I-+2H++SO42-，该操作将I2还原为I-的目的是使四氯化碳中的碘进入水层；
（2）操作X的名称为分液；
（3）氧化时，在三颈烧瓶中将含I-的水溶液用盐酸调至pH约为2，缓慢通入Cl2，在40℃左右反应（实验装置如图2所示）．实验室控制在较低温度下进行的原因是使氯气在溶液中有较大的溶解度（或防止碘升华或防止碘进一步被氧化）；仪器b中盛放的溶液为NaOH溶液．
（4）已知：5SO32-+2IO3-+2H+═I2+5SO42-+H2O
某含碘废水（pH约为8）中一定存在I2，可能存在I-、IO3-中的一种或两种，请补充完整检验含碘废水中是否含有I-、IO3-的实验方案：（实验中可供选择的试剂：稀盐酸、淀粉溶液、FeCl3溶液、Na2SO3溶液）．
①取适量含碘废水用CCl4多次萃取、分液，直到水层用淀粉溶液检验不出有碘单质存在：
②从水层取少量溶液，加入1-2mL淀粉溶液，加入盐酸酸化，滴加FeCl3溶液，若溶液变蓝色，说明废水中含有I-，否则不含I-；
③另从水层取少量溶液，加入1-2mL淀粉试液，加盐酸酸化，滴加Na2SO3溶液，若溶液变蓝色，说明废水中含有IO3-，否则说明废水中不含IO3-．
（5）二氧化氯（ClO2，黄绿色易溶于水的气体）是高效、低毒的消毒剂和水处理剂．现用ClO2氧化酸性含I-废液回收碘．
①完成ClO2氧化I-的离子方程式：□ClO2+□I-+□8H+═□I2+□Cl-+□4H2O
②若处理含I-相同量的废液回收碘，所需Cl2的物质的量是ClO2的2.5倍．
8．下列实验目的对应的实验操作和实验原理均正确的是（　　）
实验目的实验操作实验原理
A验证Fe（OH）3的溶解度小于Mg（OH）2将FeCl3溶液加入Mg（OH）2悬浊液中，振荡3Mg（OH）2+2Fe3+?2Fe（OH）3+3Mg2+
B配制FeCl3溶液将FeCl3固体溶解于适量硫酸溶液H+抑制FeCl3水解
C检验溶液中是否含有NH4+取少量试液于试管中，加入NaOH溶液并加热，用湿润的红色石蕊试纸检验产生的气体NH3溶于水后溶质的主要存在形式是NH4+、OH-
D提纯混有少量硝酸钾的氯化钠在较高温度下制得浓溶液再冷却结晶、过滤、干燥氯化钠溶解度随温度升高变化不大，而硝酸钾溶解度随温度升高显著增大
A．AB．BC．CD．D
15．用下列分离装置进行相应实验，能达到相应实验目的是（　　）
A．用图I除去CO2中含有的少量Cl2
B．用图Ⅱ蒸干NH4Cl饱和溶液制备NH4Cl晶体
C．用图Ⅲ分离NaCl和Na2SO4的混合溶液
D．用图Ⅳ分离CCl4萃取碘水中的碘后已分层的有机层和水层
12．证明某溶液只含有Fe2+而不含有Fe3+的实验方法是（　　）
A．先滴加氯水，再滴加KSCN溶液后显红色
B．先滴加KSCN溶液，不显红色，再滴加氯水后显红色
C．滴加NaOH溶液，产生灰绿色沉淀，最后呈红褐色
D．只需滴加KSCN溶液
13．下列关于化学反应速率和化学反应限度的说法中正确的是（　　）
A．化学反应速率是衡量化学反应进行快慢程度的物理量
B．化学反应速率通常用单位时间内生成或消耗某物质的质量的多少来表示
C．当一个可逆反应达到平衡状态时，这就是这个反应所能达到的限度，即使条件改变，该限度都不会改变
D．平衡状态是一种静止的状态，因为反应物和生成物的浓度已经不再改变

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