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锂离子电池历经半个世纪岁月的考验,作出重大贡献的三位科学家被授予2019 年诺贝...

锂离子电池历经半个世纪岁月的考验,作出重大贡献的三位科学家被授予2019 年诺贝尔化学奖。磷酸亚铁锂( LiFePO4)是新型锂离子电池的正极材料。某小组拟设计以一种锂辉石(主要成分为Li2O· Al2O3·4SiO2,含少量铁、钙、镁)为原料制备纯净的碳酸锂,进而制备LiFePO4的工艺流程:

已知:LiO2·Al2O3·4SiO2H2SO4() Li2SO4Al2O3·4SiO2·H2O

回答下列问题:

1 LiFePO4含有锂、铁两种金属元素,它们焰色反应的颜色分别是_____________(填序号)

A.紫红色、无焰色反应              B.黄色、无焰色反应

C.黄色、紫色                      D.洋红色、黄绿色

2)滤渣1的主要成分是_____________;向滤液1中加入适量的CaCO3细粉用于消耗硫酸并将Fe3+转化为红褐色沉淀,若=3,反应的离子方程式为__________; 滤渣2的主要成分是Fe(OH)3________ CaSO4,其中 Fe(OH)3 脱水后可生成一种元素种类不变且摩尔质量为89 g·mol -1的新化合物,其化学式为_______________

3)已知碳酸锂在水中的溶解度随温度升高而减小,上述流程中趁热过滤的目的是________

4)煅烧制备LiFePO4时,反应的化学方程式为_____________________

5)某种以LiFePO4,作正极材料的锂电池总反应可表示为: LiFePO4+CLi1-xFePO4 +CLix。放电时正极的电极反应式为__________

 

A Al2O3·4SiO2·H2O Fe3++3H++3CaCO3= Fe(OH)3+3Ca2++3CO2↑或Fe3++3H++3CaCO3+3SO42-= Fe(OH)3+3CaSO4+3CO2↑ Mg(OH)2 FeO(OH)或FeOOH 减小LiCO3的溶解损失 Li2CO3+H2C2O4+2FePO42LiFePO4+3CO2↑+H2O↑ Li1-xFePO4+xLi++xe- =LiFePO4 【解析】 锂辉石(主要成分为Li2O· Al2O3·4SiO2,含少量铁、钙、镁)加入浓硫酸共热,根据已知信息可知得到的沉淀1主要成分为Al2O3·4SiO2·H2O,滤液中的主要阳离子有Fe3+、Mg2+、Ca2+、Li+;加入碳酸钙和石灰乳可以将过量的氢离子和Fe3+、Mg2+除去,滤渣2主要为Fe(OH)3、Mg(OH)2以及硫酸钙;滤液主要杂质离子有Ca2+和SO42-;再加入碳酸钠将钙离子除去,得到硫酸锂和硫酸钠的混合溶液,蒸发浓缩后加入饱和碳酸钠溶液,趁热过滤得到碳酸锂沉淀;提纯后加入草酸和磷酸铁经煅烧得到LiFePO4。 (1)锂元素的焰色反应为紫色;铁元素无焰色反应,所以选A; (2)根据分析可知,滤渣1主要为Al2O3·4SiO2·H2O;得到的红褐色沉淀应为Fe(OH)3,再结合=3以及溶液中有过量的硫酸,所以离子方程式为Fe3++3H++3CaCO3= Fe(OH)3+3Ca2++3CO2↑,考虑到溶液中有大量硫酸根也可以写成Fe3++3H++3CaCO3+3SO42-= Fe(OH)3+3CaSO4+3CO2↑;根据分析可知滤渣2的主要成分是Fe(OH)3、Mg(OH)2以及CaSO4;摩尔质量为89 g·mol -1,则该物质的式量为89,Fe(OH)3的式量为107,107-89=18,说明脱水过程失去一分子水,所以新物质的化学式为:FeO(OH); (3)碳酸锂在水中的溶解度随温度升高而减小,所以趁热过滤可以减小碳酸锂的溶解度,减少碳酸锂的损耗; (4)煅烧制备过程的原料为Li2CO3、H2C2O4和FePO4,产物中有LiFePO4,铁元素的化合价降低,则该过程中某种物质被氧化,根据元素化合价变化规律可知草酸中的C元素被氧化,由+3价升高为+4价,结合电子守恒和元素守恒可知方程式为:Li2CO3+H2C2O4+2FePO42LiFePO4+3CO2↑+H2O↑; (5)放电时正极得电子发生还原反应,负极失电子被氧化,根据总反应可知负极应为CLix-xe-=xLi++C,正极反应等于总反应减去负极反应,所以正极反应为:即Li1-xFePO4+xLi++xe- =LiFePO4。
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考点分析:
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无水MgBr2可用作催化剂,实验室采用镁屑与液溴为原料制备无水MgBr2,装置如图所示(夹持装置省略)

已知:MgBr2剧烈反应,放出大量的热; MgBr2 具有强吸水性;

MgBr2 + 3C2H5OC2H5MgBr2·3C2H5OC2H5

实验主要步骤如下:

步骤1:三颈烧瓶中装人10 g镁屑(镁带打磨光亮后剪碎)

150 mL无水乙醚;仪器B中加入15 mL液溴,连接装置;

步骤2:打开止水夹,缓慢通人干燥的氮气,直至溴完全导入三颈烧瓶中;

步骤3:反应完毕后恢复至室温,过滤除去镁,滤液转移至另一干燥的烧瓶中,冷却至0°C,析出.晶体,过滤得三乙醚合溴化镁粗产品;

步骤4:用苯洗涤粗产品,减压过滤,得三乙醚合溴化镁,将其加热至1609°C分解得无水MgBr2

回答下列问题:

1MgBr2 的形成过程可用电子式表示为_____________

2)仪器A的作用是_______;仪器B的名称是___________.实验前仪器AB和三颈烧瓶内壁均需保持干燥,原因是__________________

3)实验中,______________(不能”)用干燥空气代替干燥氮气,理由是___________

4)若去除冰水浴,三颈烧瓶中生成MgBr2的同时,可能会生成少量杂质X, 1 mol X50 mol e-,其化学式为______________________________________________

5)步骤4采用减压过滤(降低容器内压强,使固液快速分离),下列装置可用作减压过滤的是________________________(填序号)

6)为测定产品的纯度(假定杂质不参与反应),可用EDTA (简写为Y4-,无色)标准溶液滴定,以络黑T为指示剂(pH=6.3~11.6时显蓝色,pH>11.6时显橙色)。已知: Mg2+与络黑T形成的配合物(Mg2+_络黑T)呈酒红色,Mg2+Y4-形成的MgY2-为无色;pH约为9的缓冲溶液中滴定,反应的离子方程式可简单表示为: Mg2+ + Y4-=MgY2-, Mg2+-络黑 T+Y4- =MgY2- +络黑T

①判断滴定终点的现象为__________________.

②测定前,先称取0.2500g无水MgBr2产品,溶解后,加人2滴络黑T试液作指示剂,用0. 0500 mol·L-1 EDTA标准溶液滴定至终点,重复三次滴定,平均消耗EDTA标准溶液26. 60 mL,则测得无水MgBr2产品的纯度是___________________.

 

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25 C时,H2SO3pKa1pKa2(pK= -lgK)分别为1.897.20, NH3·H2OpKb4.72。常温时,下列指定溶液中粒子物质的量浓度关系正确的是

A.pH=3H2SO3溶液中,c(HSO3 -) +2c(SO3-)=1 ×10-3 mol·L-1

B.0.1 mol·L-1H2SO3溶液用NaOH溶液滴定至pH =7.20, c( HSO3 ) =2c(SO3- )

C.0.1 mol.L-1H2SO3溶液用氨水滴定至pH=7.0, c(NH4) =c(HSO3-) +c(SO32- )

D.0.1 mol·L-1NH4HSO3溶液中: c(NH4+ ) >c(H+) >c( NH3·H2O)

 

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铅氧化还原液流电池是一种新型储能电池。该电池以酸性甲基磺酸铅溶液为电解液,简化的工作原理如图所示,下列说法正确的是

A.放电时,H+经过循环泵向Pb电极移动

B.放电时,负极反应式为Pb-2e- +SO42- = PbSO4

C.充电时,电解液中H+Pb2+的物质的量浓度均减小

D.充电时,阳极反应式为Pb2+ +2H2O-2e- = PbO2 +4H+

 

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XYZ均为短周期主族元素,XY核外电子数之和等于Z核外电子数。Y为金属元素,其周期序字数等于族序数。单质Z在常温常压下是淡黄绿色气体,其氢化物在标准状况下呈液态。下列叙述错误的是

 

A.Y原子半径大于X

B.同族元素的氢化物中,Z的氢化物还原性最弱

C.X的最高价氧化物的水化物是一种两性氢氧化物

D.Y的氯化物中,原子的最外电子层不都满足8电子稳定结构

 

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下列有关实验操作的说法正确的是

A.用苯萃取溴水中的溴,分液时应从下口放出溴的苯溶液

B.中和热测定时环形玻璃搅拌棒要不断地顺时针搅拌,目的是为了混合均匀,充分反应

C.用滴定管量取溶液体积,若读数时放出液体前仰视,放出液体后俯视,则测量值小于真实值

D.用已知质量分数和密度的浓硫酸配制100 mL 1 mol· L-1H2SO4溶液,通常按计算值称量所需浓硫酸的质量.

 

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