【題目】鈉離子電池由于成本低、資源豐富,成為取代鋰離子電池在大規(guī)模儲能領(lǐng)域應(yīng)用的理想選擇。作為鈉離子電池的正極材料之一,束狀碳包覆K3V2(PO4)3納米線電極材料成為關(guān)注焦點之一。其制備工藝流程如圖:

(資料)

①石煤的主要成分為V2O3,含有Al2O3、CaO、Fe2O3等雜質(zhì)。

+5價釩在溶液中的主要存在形式與溶液pH的關(guān)系如下表。

1K3V2(PO4)3V的化合價為___。

2)焙燒時,向石煤中加生石灰,將V2O3轉(zhuǎn)化為Ca(VO3)2。

①為了提高焙燒過程中氧化效率,下述工藝步驟方法合理的是___

a.在回轉(zhuǎn)窯進行富氧焙燒,助燃風氣量為煤氣量的0.5~2

b.焙燒過程中,在焙燒物料中加入輔助劑,增加物料疏松度和透氣性

c.窯體進行分段控溫

d.調(diào)控料層厚度為窯體的2/3高度

②焙燒過程中主要反應(yīng)的化學方程式為__________。

3)實驗時將NH4VO3、KOHH3PO4按物質(zhì)的量分別為5mmol7.5mmol、7.5mmol依次溶解于20mL去離子水中,溶液顏色依次為白色渾濁、無色澄清透明和棕紅色透明溶液。隨后再加入H2C2O4·2H2O,攪拌至溶液變?yōu)辄S綠色,草酸的量對K3V2(PO4)3形貌的影響如下:

①實驗條件下束狀碳包覆K3V2(PO4)3納米線樣品制備的最佳條件為___

②亞硫酸鈉是常用的還原劑,但實驗中不能用亞硫酸鈉代替草酸晶體,原因是___。

4)加入的草酸晶體是過量的,其中只有的草酸為還原劑,將VO3-還原成VO2+的草酸以C2O42-的形式存在,此過程中反應(yīng)的離子方程式為___。

5氬氣中煅燒時,氬氣的作用是___

6)某工廠利用上述工藝流程,用10t石煤生產(chǎn)束狀碳包覆K3V2(PO4)3納米線0.8064t,若整個過程中釩的總回收率為80%,則石煤中釩元素的質(zhì)量分數(shù)為___

【答案】+3 a、b、c 草酸質(zhì)量為6.0g 草酸在合成束狀碳包覆K2V2(PO4)3納米線的過程中不僅做還原劑還影響其形貌 防止K2V2(PO4)3被氧化 2.04%

【解析】

石煤的主要成分為V2O3,含有Al2O3CaO、Fe2O3等雜質(zhì),在空氣中焙燒,生成Ca(VO3)2,固體進行酸浸,生成Fe3+、Al3+、Ca2+等,加入萃取劑將含的物質(zhì)萃取,然后進行反萃取操作將含的物質(zhì)提純,向所得溶液中加入沉淀劑生成NH4VO3,NH4VO3KOH、H3PO4反應(yīng)后得到棕紅色透明含溶液,然后向溶液中加入過量草酸晶體發(fā)生氧化還原反應(yīng),將還原成VO2+,然后進行干燥,將固體在氬氣中煅燒制備束狀碳包覆K3V2(PO4)3納米線,以此解答。

1K3V2(PO4)3K元素化合價為+1價,3個單位負電荷,根據(jù)化合物化合價為0可知,V+3價;

2)①a.焙燒過程中V元素被氧化,在富氧環(huán)境中焙燒有利于提高氧化效率,故a符合題意;

b.增加物料疏松度和透氣性可提高固體反應(yīng)的效率以及反應(yīng)速率,可提高氧化效率,故b符合題意;

c.分段控溫可防止過熱導致固體結(jié)塊,可提高氧化效率,故c符合題意;

d.若料層厚度過高,不利于反應(yīng)的充分進行,因此需降低料層的厚度,故d不符合題意;

故答案為:ab、c;

②焙燒過程中V2O3轉(zhuǎn)化為Ca(VO3)2V元素化合價升高,因此空氣中O2參加反應(yīng),其反應(yīng)方程式為:;

3)①由表格可知,若要制備出均一的束狀K3V2(PO4)3納米線,則草酸的量為6.0g;

②草酸在合成過程中作還原劑,由表格可知,草酸晶體的使用量不同,納米線的形貌也會發(fā)生該變,因此選用草酸晶體而不用亞硫酸鈉的原因為:草酸在合成束狀碳包覆K2V2(PO4)3納米線的過程中不僅做還原劑還影響其形貌;

4)草酸只有的草酸為還原劑,草酸被氧化為CO2,并將還原成VO2+,的草酸以的形式存在,根據(jù)氧化還原轉(zhuǎn)移電子守恒、電荷守恒以及原子守恒可知該離子反應(yīng)方程式為:;

5K3V2(PO4)3V+3價,容易被空氣中氧氣氧化,因此用氬氣作保護氣,防止K3V2(PO4)3被氧化;

6)設(shè)石煤中釩元素的質(zhì)量分數(shù)為,根據(jù)整個過程中V元素質(zhì)量守恒可得:

=,解得=0.0204,則石煤中釩元素的質(zhì)量分數(shù)為2.04%。

練習冊系列答案
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B.電解W的氯化物水溶液可以制得W單質(zhì)

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完成下列填空:

1)儀器A的名稱__; 儀器B的名稱__

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3)當錫熔化后,通入氯氣開始反應(yīng),即可停止加熱,其原因是__.若反應(yīng)中用去錫粉11.9g,反應(yīng)后在錐形瓶中收集到23.8g SnCl4,則SnCl4的產(chǎn)率為__

4SnCl4遇水強烈水解的產(chǎn)物之一是白色的固態(tài)二氧化錫.若將SnCl4少許暴露于潮濕空氣中,預(yù)期可看到的現(xiàn)象是__

5)已知還原性Sn2+I,SnCl2也易水解生成難溶的SnOHCl.如何檢驗制得的SnCl4樣品中是否混有少量的SnCl2?__

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(4)某同學通過電化學原理實現(xiàn)了如下轉(zhuǎn)化:Cu+2H+→Cu2++H2↑,則H2_________極獲得(填寫電極名稱)。

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