【題目】錳酸鋰(LiMn2O4)可作為鋰離子電池的正極材料,在工業(yè)上可利用軟錳礦漿(主要成分為MnO2,含少量Fe2O3、FeO、Al2O3、SiO2等雜質(zhì))吸收含硫煙氣(主要成分SO2)制備錳酸鋰,生產(chǎn)流程:
已知:①軟錳礦漿在吸收含硫煙氣的過(guò)程中酸性逐漸增強(qiáng)。
②在此流程中部分金屬陽(yáng)離子生成氫氧化物沉淀的pH如表:
沉淀物 | Fe(OH)3 | Fe(OH)2 | Al(OH)3 | Mn(OH)2 |
開(kāi)始沉淀 | 2.7 | 7.6 | 3.4 | 7.7 |
完全沉淀 | 3.7 | 9.6 | 4.7 | 9.8 |
(1)含硫煙氣在通入軟錳礦漿前需要先冷卻,冷卻的原因是____________________。
(2)濾液1中所含金屬陽(yáng)離子有_____________(填離子符號(hào))。
(3)在實(shí)際生產(chǎn)中,Li2CO3與MnO2按物質(zhì)的量之比1∶4混合均勻加熱制取LiMn2O4,反應(yīng)過(guò)程:
①升溫到515℃時(shí),Li2CO3開(kāi)始分解產(chǎn)生CO2和堿性氧化物A,寫(xiě)出A的名稱________,此時(shí)比預(yù)計(jì)Li2CO3的分解溫度(723℃)低得多,可能原因是_______________;
②升溫到566℃時(shí),MnO2開(kāi)始分解產(chǎn)生另一種氣體X,X恰好與①中產(chǎn)生的CO2物質(zhì)的量相等,同時(shí)得到固體B,固體B是______。
③升溫到720℃時(shí),第三階段反應(yīng)開(kāi)始,固體質(zhì)量逐漸增加,當(dāng)質(zhì)量不再增加時(shí),得到高純度的錳酸鋰。請(qǐng)寫(xiě)出該階段反應(yīng)的化學(xué)方程式_________________。
(4)由“濾液1”得到“濾液2”同時(shí)回收Al(OH)3的實(shí)驗(yàn)方案如下:邊攪拌邊向?yàn)V液1中加入_____________,再加入NaOH溶液調(diào)節(jié)pH范圍為____________,過(guò)濾得到濾液2和濾渣,向?yàn)V渣中加入NaOH溶液pH≥12,攪拌、過(guò)濾,再向所得濾液中通入過(guò)量的CO2過(guò)濾、洗滌、低溫烘干得Al(OH)3。
(5)工業(yè)上,將Li2CO3粗品制備成高純Li2CO3的部分工藝:
a.將Li2CO3溶于鹽酸作電解槽的陽(yáng)極液,LiOH溶液做陰極液,兩者用離子選擇透過(guò)膜隔開(kāi),用惰性電極電解。b.電解后向LiOH溶液中加入少量NH4HCO3溶液并共熱,過(guò)濾、烘干得高純Li2CO3。
①a中,陽(yáng)極的電極反應(yīng)式是__________,宜選用_____(“陽(yáng)”或“陰”)離子交換膜。
②b中,生成Li2CO3反應(yīng)的化學(xué)方程式是__________________。
【答案】提高含硫煙氣中SO2的吸收率 Mn2+、Al3+、Fe2+ 氧化鋰 MnO2對(duì)Li2CO3分解有催化作用 Mn2O3 2Li2O+4Mn2O34LiMn2O4 足量H2O2 4.7≤pH<7.7 2Cl- -2e-=Cl2↑ 陽(yáng) 2LiOH+NH4HCO3Li2CO3+2H2O+NH3↑
【解析】
軟錳礦漿(主要成分為MnO2,含少量Fe2O3、FeO、Al2O3、SiO2)制備錳酸鋰,軟錳礦漿通入含二氧化硫的煙氣,二氧化硫溶于水生成亞硫酸,Fe2O3、FeO、Al2O3,都能溶于酸,得到相應(yīng)的離子,同時(shí)SO2將得到的Fe3+還原為Fe2+,MnO2與SO2發(fā)生氧化還原反應(yīng),得到Mn2+,SiO2不溶于酸,濾渣1為SiO2,濾液1含Al3+、Mn2+、Fe2+,由沉淀的pH范圍知,Fe2+的沉淀與Mn2+離子的沉淀所需的pH接近,而Fe3+則相差很遠(yuǎn),故可以將Fe2+氧化成Fe3+而除雜,攪拌加入氫氧化鈉溶液至4.7≤pH<7.7,過(guò)濾得到濾液2和固體,向所得固體中加入氫氧化鈉溶液至pH≥12,攪拌過(guò)濾再向所得濾液中通入二氧化碳過(guò)濾洗滌,低溫烘干得到Al(OH)3,濾液2中加入氫氧化鈉溶液過(guò)濾得到Mn(OH)2,一定條件下得到MnO2,Li2CO3與MnO2按物質(zhì)的量之比為1:4混合均勻加熱制取LiMn2O4,據(jù)此分析作答。
(1)含硫煙氣在通入軟錳礦漿前需要先冷卻,是由于降低溫度可提高含硫煙氣中SO2的吸收率;
(2)SO2溶于水得到H2SO3,H2SO3具有酸性,可溶解金屬氧化物Fe2O3、FeO、Al2O3,使它們轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的金屬陽(yáng)離子,同時(shí)SO2具有還原性,會(huì)將得到的Fe3+還原為Fe2+,SO2與MnO2發(fā)生氧化還原反應(yīng),得到Mn2+,而SiO2是酸性氧化物,不溶于酸,所以濾渣1為SiO2,濾液1含Al3+、Mn2+、Fe2+;
(3)①升溫到515℃時(shí),Li2CO3開(kāi)始分解產(chǎn)生CO2和Li2O,故分解得到的堿性氧化物A的名稱是氧化鋰;此時(shí)比預(yù)計(jì)Li2CO3的分解溫度(723℃)低得多,說(shuō)明MnO2對(duì)Li2CO3的分解有催化劑的作用;
②升溫到566℃時(shí),MnO2開(kāi)始分解產(chǎn)生另一種氣體X,根據(jù)元素在室溫下的存在狀態(tài)可知X為O2,X恰好與①中產(chǎn)生的CO2物質(zhì)的量相等,同時(shí)得到固體B,1 mol Li2CO3分解產(chǎn)生1 mol CO2氣體,4 mol MnO2分解產(chǎn)生1 molO2,則根據(jù)元素守恒可知此過(guò)程發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式4MnO22Mn2O3+O2↑,B為Mn2O3;
③升溫到720℃時(shí),A、B反應(yīng),固體質(zhì)量逐漸增加,當(dāng)質(zhì)量不再增加時(shí),得到高純度的錳酸鋰。該發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式為:2Li2O+4Mn2O34LiMn2O4;
(4)由于濾液1含Al3+、Mn2+、Fe2+,由于Mn2+、Fe2+形成沉淀的pH比較接近,所以由“濾液1”得到“濾液2”同時(shí)回收Al(OH)3的實(shí)驗(yàn)方案如下:邊攪拌邊向?yàn)V液1中加入足量H2O2,可以將Fe2+氧化為Fe3+,然后再加入NaOH溶液調(diào)節(jié)pH,使Al3+轉(zhuǎn)化Al(OH)3沉淀,而Mn2+仍然以離子形式存在于溶液,由于Fe3+完全沉淀的pH=3.7,Al3+完全沉淀的pH=4.7,而Mn2+開(kāi)始形成Mn(OH)2沉淀的pH=7.7,所以調(diào)整溶液pH范圍為4.7≤pH<7.7,過(guò)濾得到濾液2和濾渣,濾渣中含有Al(OH)3、Fe(OH)3,向?yàn)V渣中加入NaOH溶液pH≥12,溶液顯堿性,Al(OH)3與堿反應(yīng)轉(zhuǎn)化為NaAlO2,而Fe(OH)3不溶解,攪拌、過(guò)濾,再向所得濾液中通入過(guò)量的CO2,NaAlO2與CO2及水反應(yīng)產(chǎn)生Al(OH)3沉淀,經(jīng)過(guò)濾、洗滌、低溫烘干得Al(OH)3;
(5) 根據(jù)題給信息可知:
①a中是LiCl溶液,陽(yáng)極上溶液中的Cl-失去電子,發(fā)生氧化反應(yīng),電極反應(yīng)式是2Cl- -2e-=Cl2↑,溶液中陰離子不斷放電使陽(yáng)離子濃度增大,為維持溶液電中性,宜選用陽(yáng)離子交換膜;
②b中LiOH與NH4HCO3反應(yīng)生成Li2CO3,反應(yīng)的化學(xué)方程式為:2LiOH+NH4HCO3Li2CO3+2H2O+NH3↑。
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:
【題目】在25℃、101 kPa條件下,C(s)、H2(g)、CH3COOH(l)的燃燒熱分別為-393.5 kJ/mol、-285.8 kJ/mol、-870.3 kJ/mol,則CH3COOH(l)═C(s)+H2(g)+O2(g)的反應(yīng)熱為( )
A.-191 kJ/molB.+191 kJ/molC.+244.15 kJ/molD.+488.3 kJ/mol
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:
【題目】1mol X氣體跟a mol Y氣體在體積可變的密閉容器中發(fā)生如下反應(yīng):X(g) + aY(g)bZ(g),反應(yīng)達(dá)到平衡后,測(cè)得X的轉(zhuǎn)化率為50% 。而且,在同溫同壓下還測(cè)得反應(yīng)前混合氣體的密度是反應(yīng)后混合氣體密度的3/4,則a和b的數(shù)值可能是
A. a=l,b=2 B. a=2,b=1 C. a=2,b=2 D. a=3,b=2
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:
【題目】下列根據(jù)各概念圖作出的判斷,正確的是
A. 在植物細(xì)胞內(nèi),甲圖中a和b可以表示淀粉和葡萄糖的關(guān)系
B. 若乙中a和b分別代表DNA和RNA,則乙圖可以代表病毒內(nèi)的核酸
C. 丙圖中a、b、c可分別表示磷脂、固醇和脂質(zhì)之間的關(guān)系
D. 丁圖a、b、c可分別表示蛋白質(zhì)、激素和酶之間的關(guān)系
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:
【題目】某化學(xué)課外小組查閱資料知:苯和液溴在有溴化鐵(FeBr3)存在的條件下可發(fā)生反應(yīng)生成溴苯和溴化氫,此反應(yīng)為放熱反應(yīng)。他們?cè)O(shè)計(jì)了制取并驗(yàn)證產(chǎn)物的裝置,如下圖所示。先向分液漏斗中加入苯和液溴,再將混合液慢慢滴入反應(yīng)器A中。如圖是制取溴苯的裝置。試回答:
(1)裝置A中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是___________。
(2)裝置C中看到的現(xiàn)象是___________,證明___________。
(3)裝置B是吸收瓶,內(nèi)盛CCl4液體,實(shí)驗(yàn)中觀察到的現(xiàn)象是___________,原因是___________。如果沒(méi)有B裝置而將A、C直接相連,你認(rèn)為是否妥當(dāng)?___________(填“是”或“否”),理由是___________。
(4)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,經(jīng)過(guò)下列步驟分離提純:
①向A中加入適量蒸餾水,過(guò)濾,除去未反應(yīng)的鐵屑;
②濾液依次用蒸餾水、10%的NaOH溶液、蒸餾水洗滌后靜止分液。
NaOH溶液洗滌的作用是___________,分液時(shí)獲得有機(jī)層的具體操作是___________;
③向分出的粗溴苯中加入少量的無(wú)水氯化鈣,靜置、過(guò)濾,加入氯化鈣的目的是___________;
(5)經(jīng)以上分離操作后,粗溴苯中還含有的主要雜質(zhì)為___________,要進(jìn)一步提純,下列操作中必須的是___________(填入正確選項(xiàng)前的字母);
A.結(jié)晶 B.過(guò)濾 C.蒸餾 D.萃取
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:
【題目】甲醇是重要的綠色能源之一,目前科學(xué)家用水煤氣(CO+H2)合成甲醇,其反應(yīng)為:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)△H=-128.1kJ·mol-1
回答下列問(wèn)題:
(1)該反應(yīng)是可逆反應(yīng),為使化學(xué)反應(yīng)速率和CO的轉(zhuǎn)化率都同時(shí)提高的措施有_____。
A、升高溫度 B、增大壓強(qiáng) C、充入氫氣 D、分離出甲醇
(2)恒溫恒容條件能說(shuō)明該可逆反應(yīng)達(dá)平衡的是_________;
A.2v正(H2)=v逆(CH3OH)
B.n(CO):n(H2):n(CH3OH)=1:2:1
C.混合氣體的密度不變
D.混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變
(3)若上述可逆反應(yīng)在恒溫恒容的密閉容器進(jìn)行,起始時(shí)間向該容器中充入1molCO(g)和2molH2(g)。實(shí)驗(yàn)測(cè)得H2的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度(T)、壓強(qiáng)(P)的變化如圖所示。
①該反應(yīng)的△S____0,圖中的T1___T2(填“<”“>”或“=”)
②T1下到達(dá)平衡狀態(tài)A時(shí),容器的體積為2L,此時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)為______,若達(dá)到平衡狀態(tài)B時(shí),則容器的體積V(B)=______L。
(4) CO燃燒的熱化學(xué)方程式:CO(g)+ 1/2 O2(g)═CO2(g)△H= —283.0kJmol-1
H2(g)+1/2 O2(g)═H2O(l)△H= —285.8 kJmol-1
CO(g)+2H2(g)═CH3OH(l)△H= —128.1KJmol-1
則CH3OH(g)燃燒熱的熱化學(xué)方程式是為___________。
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:
【題目】將1 mol甲烷與一定量的氯氣混合于一量筒中,倒立于盛有飽和食鹽水的水槽(如圖所示),對(duì)于此反應(yīng),有關(guān)敘述不正確的是( )
A.該反應(yīng)的有機(jī)生成物有四種,都為液體B.該反應(yīng)的條件是光照,但是不能放在日光直射的地方
C.該反應(yīng)屬于取代反應(yīng)D.該反應(yīng)現(xiàn)象有量筒內(nèi)氣體顏色變淺,器壁上有油狀液滴
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:
【題目】用0.1000mol/LNaOH溶液分別滴定20.00mL0.1000mol/LHCl和20mL0.1000mol/LCH3COOH,得到如圖所示兩條滴定曲線,下列說(shuō)法不正確的是( )
A.圖1表示NaOH滴定鹽酸的曲線
B.a=20mL
C.圖2中,pH=7,c(CH3COO-)=c(Na+)
D.圖1中,由水電離的c(H+)一直增大
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:
【題目】漢黃芩素是傳統(tǒng)中草藥黃芩的有效成分之一,對(duì)腫瘤細(xì)胞的殺傷有獨(dú)特作用。下列有關(guān)漢黃芩素的敘述正確的是( )
A. 漢黃芩素的分子式為C16H13O5
B. 該物質(zhì)遇FeCl3溶液不顯色
C. 1 mol該物質(zhì)與溴水反應(yīng),最多消耗2 mol Br2
D. 與足量H2發(fā)生加成反應(yīng)后,該分子中官能團(tuán)的種類(lèi)減少1種
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