當(dāng)前位置： 2021年陜西省咸陽市高考化學(xué)模擬試卷（一）> 試題詳情

鋰離子電池已被人們廣泛使用，對其高效回收利用具有重要意義。某鋰離子電池正極是涂覆在鋁箔上的活性物質(zhì)LiCoO₂．利用該種廢舊鋰離子電池正極材料制備Co₃O₄的工藝流程如圖1：
已知：①CoC₂O₄?2H₂O微溶于水，它的溶解度隨溫度升高而逐漸增大，且能與過量的C₂O₄^2-離子生成Co（C₂O₄）_n^2（n-1）-而溶解。
②浸出液A含有大量Co²⁺、Li⁺及少量Fe³⁺、Al³⁺、Cu²⁺金屬離子。
（1）在過程①中，用NaOH溶液溶解鋁箔時(shí)離子反應(yīng)方程式為
2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑
2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑
。
（2）在過程②中，難溶于水的LiCoO₂轉(zhuǎn)化為Co²⁺的離子反應(yīng)方程式為
2LiCoO₂+H₂O₂+6H⁺=2Co²⁺+2Li⁺+O₂↑+4H₂O
2LiCoO₂+H₂O₂+6H⁺=2Co²⁺+2Li⁺+O₂↑+4H₂O
。
此過程中也可用濃鹽酸代替H₂SO₄和H₂O₂的混合溶液，但缺點(diǎn)是：除了濃鹽酸具有揮發(fā)性，利用率降低以外，更為主要的是
鹽酸可被LiCoO₂氧化為氯氣污染環(huán)境
鹽酸可被LiCoO₂氧化為氯氣污染環(huán)境
。
（3）在過程③中，將浸出液A適當(dāng)稀釋加入堿后，不同pH下金屬離子的去除效果如圖2所示。該過程加堿調(diào)節(jié)pH在5.5～6.0的理由是
pH在5.5～6.0沉淀Fe³⁺、Al³⁺、Cu²⁺金屬離子幾乎被完全沉淀而Co²⁺離子損失率較小
pH在5.5～6.0沉淀Fe³⁺、Al³⁺、Cu²⁺金屬離子幾乎被完全沉淀而Co²⁺離子損失率較小
。

（4）在過程④中，（NH₄）₂C₂O₄的加入量（圖a）、沉淀反應(yīng)的溫度（圖b）與鈷的沉淀率關(guān)系如圖3所示：
①用化學(xué)用語和適當(dāng)?shù)奈淖终f明：隨n（C₂O₄^2-）：n（Co²⁺）比值的增加，鈷的沉淀率先逐漸增大后又逐漸減小的原因
溶液中存在化學(xué)平衡：C₂O₄^2-（aq）+Co²⁺（aq）+2H₂O（l）?CoC₂O₄?2H₂O（s），c（C₂O₄^2-）增大，化學(xué)平衡正向進(jìn)行有利于晶體析出，當(dāng)達(dá)到n（C₂O₄^2-）：n（Co²⁺）=1.15以后，隨草酸根離子增多，會發(fā)生副反應(yīng)CoC₂O₄?2H₂O+（n-1）C₂O₄^2-=Co（C₂O₄^2-）_n^2（n-1）-，使晶體部分溶解
溶液中存在化學(xué)平衡：C₂O₄^2-（aq）+Co²⁺（aq）+2H₂O（l）?CoC₂O₄?2H₂O（s），c（C₂O₄^2-）增大，化學(xué)平衡正向進(jìn)行有利于晶體析出，當(dāng)達(dá)到n（C₂O₄^2-）：n（Co²⁺）=1.15以后，隨草酸根離子增多，會發(fā)生副反應(yīng)CoC₂O₄?2H₂O+（n-1）C₂O₄^2-=Co（C₂O₄^2-）_n^2（n-1）-，使晶體部分溶解
。
②沉淀反應(yīng)時(shí)間為10min,溫度在40～50℃以下時(shí)，隨溫度升高而鈷的沉淀率升高的可能原因是
升高溫度，加快反應(yīng)速率
升高溫度，加快反應(yīng)速率
。
（5）在過程⑤中，在空氣中加熱到290～320℃，CoC₂O₄?2H₂O轉(zhuǎn)化為Co₃O₄的化學(xué)反應(yīng)方程式為
3CoC₂O₄?2H₂O+2O2

290
℃
-
320
℃

Co₃O₄+6CO₂↑+6H₂O
3CoC₂O₄?2H₂O+2O2

290
℃
-
320
℃

Co₃O₄+6CO₂↑+6H₂O
。

【考點(diǎn)】物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用．

【答案】2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；2LiCoO₂+H₂O₂+6H⁺=2Co²⁺+2Li⁺+O₂↑+4H₂O；鹽酸可被LiCoO₂氧化為氯氣污染環(huán)境；pH在5.5～6.0沉淀Fe³⁺、Al³⁺、Cu²⁺金屬離子幾乎被完全沉淀而Co²⁺離子損失率較?。蝗芤褐写嬖诨瘜W(xué)平衡：C₂O₄^2-（aq）+Co²⁺（aq）+2H₂O（l）?CoC₂O₄?2H₂O（s），c（C₂O₄^2-）增大，化學(xué)平衡正向進(jìn)行有利于晶體析出，當(dāng)達(dá)到n（C₂O₄^2-）：n（Co²⁺）=1.15以后，隨草酸根離子增多，會發(fā)生副反應(yīng)CoC₂O₄?2H₂O+（n-1）C₂O₄^2-=Co（C₂O₄^2-）_n^2（n-1）-，使晶體部分溶解；升高溫度，加快反應(yīng)速率；3CoC₂O₄?2H₂O+2O2

290

℃

320

℃

Co₃O₄+6CO₂↑+6H₂O

【解答】

【點(diǎn)評】

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發(fā)布：2024/4/20 14:35:0組卷：147引用：2難度：0.3

相似題

1．為了保護(hù)環(huán)境，充分利用資源，某研究小組通過如下簡化流程，將工業(yè)制硫酸的硫鐵礦燒渣（Fe主要以Fe₂O₃存在）轉(zhuǎn)變成重要的化工原料FeSO₄（反應(yīng)條件略）。

活化硫鐵礦還原Fe³⁺的主要反應(yīng)為：FeS₂+7Fe₂（SO₄）₃+8H₂O=15FeSO₄+8H₂SO₄，不考慮其它反應(yīng)，請回答下列問題：
（1）第Ⅰ步H₂SO₄與Fe₂O₃反應(yīng)的離子方程式是

。
（2）檢驗(yàn)第Ⅱ步中Fe³⁺是否完全被還原，應(yīng)選擇

（填字母編號）。
A．KMnO₄溶液 B．KCl溶液 C．KSCN 溶液
（3）第Ⅲ步加FeCO₃調(diào)溶液pH到5.8左右，然后在第Ⅳ步通入空氣使溶液pH到5.2，此時(shí)Fe²⁺不沉淀，濾液中鋁、硅雜質(zhì)被除盡，通入空氣引起溶液pH降低的原因是

。
（4）FeSO₄可轉(zhuǎn)化為FeCO₃，F(xiàn)eCO₃在空氣中加熱反應(yīng)可制得鐵系氧化物材料。
已知25℃，101kPa時(shí)：
4Fe（s）+3O₂（g）═2Fe₂O₃（s）△H=-1648kJ/mol
C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393kJ/mol
2Fe（s）+2C（s）+3O₂（g）═2FeCO₃（s）△H=-1480kJ/mol
FeCO₃在空氣中加熱反應(yīng)生成Fe₂O₃的熱化學(xué)方程式是

。
（5）FeSO₄在一定條件下可制得FeS₂（二硫化亞鐵）納米材料，該材料可用于制造高容量鋰電池，電池放電時(shí)的總反應(yīng)為4Li+FeS₂=Fe+2Li₂S，正極反應(yīng)式是

（6）假如燒渣中的鐵全部視為Fe₂O₃，其含量為50%，將a kg質(zhì)量分?jǐn)?shù)為b%的硫酸加入到c kg燒渣中浸取，鐵的浸取率為96%，其它雜質(zhì)浸出消耗的硫酸以及調(diào)pH后溶液呈微酸性所殘留的硫酸忽略不計(jì)，按上述流程，第Ⅲ步應(yīng)加入FeCO₃

kg。
發(fā)布：2024/12/22 8:0:1組卷：495引用：3難度：0.3
解析
2．為了保護(hù)環(huán)境，充分利用資源，某研究小組通過如下簡化流程，將工業(yè)制硫酸的硫鐵礦燒渣（鐵主要以Fe₂O₃存在）轉(zhuǎn)變成重要的化工原料FeSO₄（反應(yīng)條件略）。

活化硫鐵礦還原Fe³⁺的主要反應(yīng)為FeS₂+7Fe₂（SO₄）₃+8H₂O═15FeSO₄+8H₂SO₄，不考慮其他反應(yīng)，請回答下列問題：
（1）第Ⅰ步H₂SO₄與Fe₂O₃反應(yīng)的離子方程式是

。
（2）檢驗(yàn)第Ⅱ步中Fe³⁺是否完全還原，應(yīng)選擇

（填字母編號）。
A．KMnO₄溶液B．K₃[Fe（CN）₆]溶液C．KSCN溶液
（3）第Ⅲ步加FeCO₃調(diào)溶液pH到5.8左右，然后在第Ⅳ步通入空氣使溶液pH降到5．2，此時(shí)Fe²⁺不沉淀，濾液中鋁、硅雜質(zhì)被除盡。通入空氣引起溶液pH降低的原因是

。
（4）FeSO₄可轉(zhuǎn)化為FeCO₃，F(xiàn)eCO₃在空氣中加熱反應(yīng)可制得鐵系氧化物材料，已知25℃，101kPa時(shí)：
4Fe（s）+3O₂（g）═2Fe₂O₃（s）△H=-1 648kJ?mol^-1
C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393kJ?mol^-1
2Fe（s）+2C（s）+3O₂（g）═2FeCO₃（s）△H=-1 480kJ?mol^-1FeCO₃在空氣中加熱反應(yīng)生成Fe₂O₃的熱化學(xué)方程式是

。
（5）FeSO₄在一定條件下可制得FeS₂（二硫化亞鐵）納米材料。該材料可用于制造高容量鋰電池，電池放電時(shí)的總反應(yīng)為4Li+FeS₂═Fe+2Li₂S，正極反應(yīng)式是

。
（6）假如燒渣中的鐵全部視為Fe₂O₃，其含量為50%．將akg質(zhì)量分?jǐn)?shù)為b%的硫酸加入ckg燒渣中浸取，鐵的浸取率為96%，其他雜質(zhì)浸出消耗的硫酸以及調(diào)pH后溶液呈微酸性所殘留的硫酸忽略不計(jì)。按上述流程，第Ⅲ步應(yīng)加入FeCO₃

kg.（不需計(jì)算，寫出表達(dá)式即可）
發(fā)布：2024/12/22 8:0:1組卷：28引用：2難度：0.5
解析
3．四氧化三錳用于電子工業(yè)生產(chǎn)軟磁鐵氧體，用作電子計(jì)算機(jī)中存儲信息的磁芯。以工業(yè)硫酸錳為原料（含有少量CaO、MgO、Ca（OH）₂等物質(zhì)）制備Mn₃O₄的工藝流程如圖：

已知：①氧化時(shí)鼓入空氣使溶液的電位迅速上升；
②四氧化三錳中錳的化合價(jià)與四氧化三鐵中鐵的化合價(jià)類似。
回答下列問題：
（1）為提高“溶解”效率，可采取的措施有

。
（2）濾渣的主要成分是

。
（3）氧化時(shí)，生成Mn₃O₄的離子方程式為

產(chǎn)生氨氣以回收利用。
（4）向母液可加入

。
A.CaO
B.稀氫氧化鈉溶液
C.氫氧化鈣固體
D.（NH₄）₂CO₃
（5）通過對上述“氧化”工藝進(jìn)行數(shù)據(jù)收集及資料分析可知溶液電位與pH等關(guān)系如圖所示

氧化時(shí)N₂H₄?H₂O的作用是

。
（6）四氧化三錳的其他制法：
①熱還原法：
在甲烷氣體存在下，將Mn₂O₃還原成Mn₃O₄的化學(xué)方程式為

。
②電解法：
利用電解原理，制備四氧化三錳裝置如圖所示。（電極材料均為惰性電極，＜代表電子流向）

電源正極為

（填“a”或“b”），陽極的電極反應(yīng)式為

。
發(fā)布：2024/12/22 8:0:1組卷：14引用：1難度：0.6
解析

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