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錳酸鋰(LiMn2O4)是一種鋰離子電池正極材料。以軟錳礦漿液(含MnO2及少量Fe、Al、Ni、Zn、Co、Cu等的氧化物)煙氣脫硫吸收液為原料,制備錳酸鋰的流程如圖:

(1)“浸取”在題圖所示的裝置中進(jìn)行,反應(yīng)生成MnSO4,SO2將MnO2轉(zhuǎn)化為Mn2+的離子方程式為
SO2+MnO2=Mn2++
SO
2
-
4
SO2+MnO2=Mn2++
SO
2
-
4
。SO2局部過(guò)量會(huì)產(chǎn)生MnS2O6,保持溫度、流速、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)物和溶劑的量不變,為減少M(fèi)nS2O6的產(chǎn)生可采取的措施是
加速攪拌
加速攪拌
。
(2)“浸取”液除雜后可獲得較純的MnSO4溶液(重金屬離子質(zhì)量濃度小于1mg?L-1)。重金屬離子質(zhì)量濃度(mg?L-1)在除雜中的變化如表所示。
已知:①Ca(OH)2的價(jià)格:3000元/噸;Na2S的價(jià)格:57500元/噸。
②大量使用Na2S會(huì)造成污染,實(shí)驗(yàn)的濾液中按10mL?L-1用量添加Na2S溶液沉淀重金屬。
③中和氧化液的pH在5~6之間。浸取液中Fe2+沉淀完全,需要pH大于9。
離子 Fe2++Fe3+ Al3+ Ni2+ Zn2+ Co2+ Cu2+
浸出液 1058.2 1131 56.87 41.23 20.58 18.69
中和氧化液 3.51 6.23 54.26 37.67 18.32 17.89
硫化后液 0.43 0.89 0.59 0.13 0.06 0.04
請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)“除雜”的實(shí)驗(yàn)方案:量取浸取液,
在攪拌下,向浸取液通入足量的空氣,然后不斷加入Ca(OH)2固體,至溶液pH為5~6時(shí),停止加Ca(OH)2固體,靜置過(guò)濾,向?yàn)V液中,邊攪拌邊滴加濾液體積
1
100
的0.06mol/LNa2S溶液,靜置過(guò)濾
在攪拌下,向浸取液通入足量的空氣,然后不斷加入Ca(OH)2固體,至溶液pH為5~6時(shí),停止加Ca(OH)2固體,靜置過(guò)濾,向?yàn)V液中,邊攪拌邊滴加濾液體積
1
100
的0.06mol/LNa2S溶液,靜置過(guò)濾
,得到較純的MnSO4溶液。[須使用的試劑:Ca(OH)2、0.06mol?L-1Na2S溶液、空氣]。
(3)為確定“鋰化”需加入的Li2CO3的質(zhì)量,需要知道沉錳所得固體[Mn3O4、MnOOH和Mn(OH)2]中Mn元素的質(zhì)量。若Li2CO3與沉錳所得固體在750℃恰好完全反應(yīng),則n(Li2CO3)與n(Mn3O4)、n(MnOOH)和n[Mn(OH)2]需要滿足的關(guān)系為
4n(Li2CO3)=3n(Mn3O4)+n(MnOOH)+n[Mn(OH)2]
4n(Li2CO3)=3n(Mn3O4)+n(MnOOH)+n[Mn(OH)2]
。
(4)固相法制備LiMn2O4的實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下:將高純MnO2和Li2CO3按一定的比例混合均勻,控制溫度為750°C使其充分反應(yīng),兩者恰好完全反應(yīng)生成LiMn2O4和氣體。
①純凈的Li2CO3分解為L(zhǎng)i2O和CO2的溫度為723°C,而固相法制備LiMn2O4的實(shí)驗(yàn)中,當(dāng)溫度升高至515°C時(shí),便產(chǎn)生CO2氣體,其可能的原因是
Li2CO3與MnO2反應(yīng)生成CO2所需溫度變低,更易發(fā)生反應(yīng)(或MnO2參與反應(yīng),導(dǎo)致Li2CO3分解的歷程發(fā)生變化,活化能降低,使得反應(yīng)可以在較低溫度下進(jìn)行)
Li2CO3與MnO2反應(yīng)生成CO2所需溫度變低,更易發(fā)生反應(yīng)(或MnO2參與反應(yīng),導(dǎo)致Li2CO3分解的歷程發(fā)生變化,活化能降低,使得反應(yīng)可以在較低溫度下進(jìn)行)

②固相法制備LiMn2O4的實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的氣體有
CO2和O2
CO2和O2
。
③用沉錳所得固體制備LiMn2O4與固相法制備LiMn2O4的相比,其優(yōu)點(diǎn)為
不需要高純的MnO2與Li2CO3反應(yīng)
不需要高純的MnO2與Li2CO3反應(yīng)
。

【答案】SO2+MnO2=Mn2++
SO
2
-
4
;加速攪拌;在攪拌下,向浸取液通入足量的空氣,然后不斷加入Ca(OH)2固體,至溶液pH為5~6時(shí),停止加Ca(OH)2固體,靜置過(guò)濾,向?yàn)V液中,邊攪拌邊滴加濾液體積
1
100
的0.06mol/LNa2S溶液,靜置過(guò)濾;4n(Li2CO3)=3n(Mn3O4)+n(MnOOH)+n[Mn(OH)2];Li2CO3與MnO2反應(yīng)生成CO2所需溫度變低,更易發(fā)生反應(yīng)(或MnO2參與反應(yīng),導(dǎo)致Li2CO3分解的歷程發(fā)生變化,活化能降低,使得反應(yīng)可以在較低溫度下進(jìn)行);CO2和O2;不需要高純的MnO2與Li2CO3反應(yīng)
【解答】
【點(diǎn)評(píng)】
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發(fā)布:2024/6/27 10:35:59組卷:37引用:1難度:0.3
相似題
  • 1.硫鐵礦燒渣是硫鐵礦生產(chǎn)硫酸過(guò)程中產(chǎn)生的工業(yè)廢渣(主要含F(xiàn)e2O3及少量SiO2、Al2O3、CaO、MgO等雜質(zhì)).用該燒渣制取藥用輔料--紅氧化鐵的工藝流程如圖:

    (1)在“還原焙燒”中產(chǎn)生的有毒氣體可能有
     

    (2)“酸浸”時(shí)間一般不超過(guò)20min,若在空氣中酸浸時(shí)間過(guò)長(zhǎng),溶液中Fe2+含量將下降,其原因是
     
    (用離子方程式表示).
    (3)根據(jù)下表數(shù)據(jù):
    氫氧化物 Al(OH)3 Mg(OH)2 Fe(OH)3 Fe(OH)2
    開(kāi)始沉淀的pH 3.10 8.54 2.01 7.11
    完全沉淀的pH 4.77 11.04 3.68 9.61
    在“除雜”步驟中,為除去Fe3+和Al3+,溶液的pH最大值應(yīng)小于
     
    ,檢驗(yàn)Fe3+已經(jīng)除盡的試劑是
     
    ;當(dāng)pH=5時(shí),溶液中c(Al3+)=
     
    mol?L-1(已知常溫下Ksp[Al(OH)3]=2.0×10-33).
    (4)“中和合成”的目的是將溶液中Fe2+轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓醽嗚F沉淀,則A的操作是
     

    (5)a g燒渣經(jīng)過(guò)上述工藝可得紅氧化鐵b g.藥典標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,制得的紅氧化鐵中含氧化鐵不得少于98.0%,則所選用的燒渣中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)不低于
     
    (用含a、b的表達(dá)式表示).

    發(fā)布:2025/1/19 8:0:1組卷:114引用:4難度:0.5
  • 2.硫鐵礦燒渣是硫鐵礦生產(chǎn)硫酸過(guò)程中產(chǎn)生的工業(yè)廢渣(主要含F(xiàn)e2O3及少量SiO2、Al2O3等雜質(zhì)).用該燒渣制取藥用輔料--紅氧化鐵的工藝流程如下:

    (1)在“還原焙燒”中產(chǎn)生的有毒氣體可能有
     

    (2)“酸浸”時(shí)間一般不超過(guò)20min,若在空氣中酸浸時(shí)間過(guò)長(zhǎng),溶液中Fe2+含量將下降,其原因是
     
    (用離子方程式表示).
    (3)根據(jù)下表數(shù)據(jù):
    氫氧化物 Al(OH)3 Fe(OH)3 Fe(OH)2
    開(kāi)始沉淀的pH 3.10 2.01 7.11
    完全沉淀的pH 4.77 3.68 9.61
    在“除雜”步驟中,為除去Fe3+和Al3+,溶液的pH最大值應(yīng)小于
     
    ,檢驗(yàn)
    Fe3+已經(jīng)除盡的試劑是
     

    (4)“中和合成”的目的是將溶液中Fe2+轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓醽嗚F沉淀,則操作B是
     

    (5)煅燒A的反應(yīng)方程式是
     

    (6)a g燒渣經(jīng)過(guò)上述工藝可得紅氧化鐵b g.藥典標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,制得的紅氧化鐵中含氧化鐵不得少于98.0%,則所選用的燒渣中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)不低于
     
    (用含a、b的表達(dá)式表示).

    發(fā)布:2025/1/19 8:0:1組卷:5引用:1難度:0.5
  • 3.硫鐵礦燒渣是硫鐵礦生產(chǎn)硫酸過(guò)程中產(chǎn)生的工業(yè)廢渣(主要含F(xiàn)e2O3及少量SiO2、Al2O3、CaO、MgO等雜質(zhì)).用該燒渣制取藥用輔料--紅氧化鐵的工藝流程如下:

    (1)在“還原焙燒”中產(chǎn)生的有毒氣體可能有
     

    (2)“酸浸”時(shí)間一般不超過(guò)20min,若在空氣中酸浸時(shí)間過(guò)長(zhǎng),溶液中Fe2+含量將下降,其原因是
     
    (用離子方程式表示).
    (3)根據(jù)下表數(shù)據(jù):
    氫氧化物 Al(OH)3 Mg(OH)2 Fe(OH)3 Fe(OH)2
    開(kāi)始沉淀的pH 3.10 8.54 2.01 7.11
    完全沉淀的pH 4.77 11.04 3.68 9.61
    在“除雜”步驟中,為除去Fe3+和Al3+,溶液的pH最大值應(yīng)小于
     
    ,常溫下,當(dāng)pH=5時(shí),溶液中c(Al3+)=
     
    mol?L-1(已知常溫下Ksp[Al(OH)3]═2.0×10-33).
    (4)“中和合成”的目的是將溶液中Fe2+轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓醽嗚F沉淀,則A的操作是
     

    發(fā)布:2025/1/19 8:0:1組卷:12引用:1難度:0.5
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