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6.磷酸亚铁锂(LiFePO4)是一种重要的锂离子电池电极材料,利用钛铁矿制备,钛铁矿的主要成分为FeTiO3(可表示为FeO•TiO2),含有少量MgO、CaO、SiO2等杂质.工业上制取磷酸亚铁锂的流程如图所示:

已知:FeTiO3与盐酸反应的离子方程式为:FeTiO3+4H++4Cl-═Fe2++TiOCl42-+2H2O
请回答下列问题:
(1)写出①中杂质溶解的化学方程式MgO+2HCl=MgCl2+H2O,CaO+2HCl=CaCl2+H2O;
(2)纯净的滤渣A是制造光导纤维的基本原料;
(3)滤液B中TiOCl${\;}_{4}^{2-}$转化生成TiO2的离子方程式是TiOCl42-+H2O=TiO2↓+2H++4Cl-
(4)②中反应的离子方程式是2Fe2++H2O2+2H3PO4=2FePO4↓+2H2O+4H+
(5)由滤液D制备LiFePO4的过程中,所需H2C2O4与34%双氧水的质量比是10:9;
(6)用磷酸亚铁锂(LiFePO4)作电极组成电池,其工作原理为:FePO4+Li$?_{充电}^{放电}$LiFePO4,该电池充电时阳极反应式是LiFePO4-e-=FePO4+Li+

分析 铁矿石加入盐酸溶解过滤得到滤渣为二氧化硅,滤液B为MgCl2、CaCL2,FeCl2、TiOCl42-,加热促进水解,过滤得到沉淀TiO2,滤液D中加入过氧化氢氧化亚铁离子,加入磷酸得到沉淀磷酸铁,加入碳酸锂和草酸煅烧得到磷酸亚铁锂LiFePO4
(1)钛铁矿的主要成分为FeTiO3(可表示为FeO•TiO2),含有少量MgO、CaO、SiO2等杂质,杂质中二氧化硅不溶于稀盐酸,成为滤渣A,FeTiO3(可表示为FeO•TiO2)和含有少量MgO、CaO溶于盐酸生成盐溶液,过滤得到滤液B为MgCl2、CaCL2,FeCl2、TiOCl42-
(2)上述分析可知滤渣A为二氧化硅是光导纤维的基本材料;
(3)根据流程图示,TiOCl42-在溶液中加热与水反应生成二氧化钛沉淀,结合电荷守恒和原子守恒写出离子方程式;
(4)滤液D中加入过氧化氢氧化亚铁离子,加入磷酸得到沉淀磷酸铁;
(5)根据电子守恒找出双氧水与草酸的关系式,然后列式计算计算出17%双氧水与H2C2O4的质量比;
(6)电池放电时原电池原理,Li失电子发生氧化反应做原电池负极,FePO4在正极得到电子发生还原反应生成LiFePO4

解答 解:(1)钛铁矿的主要成分为FeTiO3(可表示为FeO•TiO2),含有少量MgO、CaO、SiO2等杂质,杂质中二氧化硅不溶于稀盐酸,成为滤渣A,FeTiO3(可表示为FeO•TiO2)和含有少量MgO、CaO溶于盐酸生成盐溶液,过滤得到滤液B为MgCl2、CaCL2,FeCl2、TiOCl42-,杂质溶解的化学方程式为:MgO+2HCl=MgCl2+H2O,CaO+2HCl=CaCl2+H2O,
故答案为:MgO+2HCl=MgCl2+H2O,CaO+2HCl=CaCl2+H2O;
(2)由于杂质中二氧化硅不溶于盐酸,所以滤渣A成分是二氧化硅,是光导纤维的基本材料,
故答案为:光导纤维;
(3)根据流程可知,TiOCl42-在溶液中加热与水反应生成二氧化钛沉淀,反应的离子方程式为:TiOCl42-+H2O=TiO2↓+2H++4Cl-
故答案为:TiOCl42-+H2O=TiO2↓+2H++4Cl-
(4)滤液D中加入过氧化氢氧化亚铁离子,加入磷酸得到沉淀磷酸铁,结合原子守恒和电荷守恒写出反应的离子方程式为:2Fe2++H2O2+2H3PO4=2FePO4↓+2H2O+4H+
故答案为:2Fe2++H2O2+2H3PO4=2FePO4↓+2H2O+4H+
(5)根据电子守恒,氧化铁元素转移的电子就等于铁离子氧化草酸转移的电子数,
因此可得关系式:H2O2~H2C2O4,设双氧水质量为x,草酸质量为y,
                34     90
              x×34%    y
 34y=90×x×34%,x:y=10:9,
34%双氧水与H2C2O4的质量比为10:9,
故答案为:10:9;
(6)用磷酸亚铁锂(LiFePO4)作电极组成电池,其工作原理为:FePO4+Li$?_{充电}^{放电}$LiFePO4,充电过程为电解池反应,该电池充电时阳极是LiFePO4,失电子发生氧化反应,电极反应式是:LiFePO4-e-=FePO4+Li+
故答案为:LiFePO4-e-=FePO4+Li+

点评 本题考查物质制备、分离提纯,原电池、电解池原理的分析判断,主要是过程分析判断,化学方程式和离子方程式的书写应用,掌握物质性质是解题关键,题目难度中等.

练习册系列答案
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科目:高中化学 来源: 题型:填空题

16.甲醇燃料电池被认为是21世纪电动汽车最佳候选动力源.
(1)101kPa时,1mol CH3OH液体完全燃烧生成CO2和液态水时放出热量726.51kJ,则表示甲醇燃烧热的热化学方程式为CH3OH(l)+$\frac{3}{2}$O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-725.76kJ•mol-1
(2)甲醇质子交换膜燃料电池中将甲醇蒸汽转化为氢气的两种反应原理是:
①CH3OH(g)+H2O(g)=CO2(g)+3H2(g)△H1=+49.0kJ•mol-1
②CH3OH(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)=CO2(g)+2H2(g)△H2=
已知H2(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)═H2O(g)△H=-241.8kJ•mol-1
则反应②的△H2=-192.8kJ•mol-1
(3)工业上一般可采用如下反应来合成甲醇:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g),现在实验室模拟该反应并进行分析.如图是该反应在不同温度下CO的转化率随时间变化的曲线.
①该反应的焓变△H<0(填“>”、“<”或“=”).
②T1和T2温度下的平衡常数大小关系是K1>K2(填“>”、“<”或“=”).

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

17.设NA为阿伏加德罗常数的值.下列有关物质结构的说法正确的是(  )
A.78gNa2O2晶体中所含阴、阳离子个数均为2NA
B.PCl3和H2O分子中所有原子的最外层都达到8电子稳定结构
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14.实验室用如图所示装置制取并收集NO,请回答下列问题

(1)仪器a的名称是分液漏斗.
(2)写出A中反应的化学方程式3Cu+8HNO3=3Cu(NO32+2NO↑+4H2O,其中HNO3表现的性质是酸性和强氧化性,当有4mol HNO3被还原时该反应中转移电子总数为12NA
(3)装置B的作用是除去硝酸;
(4)A中产生的现象有金属溶解,得到蓝色溶液,生成无色气体,在锥形瓶上方变为红棕色.

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

1.在光照条件下,将1molCH4 与Cl2 反应,得到等物质的量的4种取代物,则生成各种有机物的物质的量各为多少mol?消耗掉多少mol Cl2 ?生成多少mol HCl?(写出计算过程).

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

2.酸性KMnO4溶液能与草酸(H2C2O4)溶液反应,某探究小组利用反应过程中溶液紫色消失的快慢来研究影响反应速率的因素.
Ⅰ.实验前首先用浓度为0.1000mol/L酸性KMnO4标准溶液滴定未知浓度的草酸.
(1)写出滴定过程中发生反应的离子方程式2MnO4-+5H2C2O4+6H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O
(2)滴定过程中操作滴定管的图示正确的是A

(3)若配置酸性KMnO4标准溶液时,俯视容量瓶的刻度线,会使测得的草酸溶液浓度偏低(填“偏高”、“偏低”或“不变”)
Ⅱ.通过滴定实验得到草酸溶液的浓度为0.2000mol/L.用该草酸按下表进行后续实验(每次实验草酸溶液的用量均为8mL).
实验
编号
温度
(℃)
催化剂
 用量(g)
酸性KMnO4溶液实验目的
a.实验1和2探究___________
b.实验1和3探究反应物浓度对该反应速率的影响
c.实验1和4探究催化剂对该反应速率的影响
 
体积
(mL)
浓度
(mol/L)
1250.540.1000
2500.540.1000
3250.540.0100
425040.1000
(4)写出表中a对应的实验目的探究温度不同对反应速率的影响;
(5)该小组同学对实验1和3分别进行的3次实验,测得以下实验数据(从混合振荡均匀开始计时)
实验
编号
溶液褪色所需时间(min)
第1次第2次第3次
114.013.011.0
36.56.76.8
分析上述数据后得出“当其它条件相同时,酸性高锰酸钾溶液的浓度越小,褪色时间就缩短,即反应速率就越快”的结论.某同学认为该小组“探究反应物浓度对速率的影响”的实验方案设计中存在问题,从而得到了错误的实验结论,请简述改进的实验方案:其它条件相同时,利用等量且少量的高锰酸钾与等体积不同浓度的足量草酸溶液反应,测量溶液褪色时间
(6)该实验中使用的催化剂应选择MnSO4并非MnCl2,原因为(离子方程式表示):2MnO4-+10Cl-+16H+=5Cl2↑+2Mn 2++8H2O.

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

9.硅孔雀石是一种含铜矿石,含铜形态为CuCO3•Cu(OH)2和CuSiO3•2H2O,
同时含有SiO2、FeCO3、Fe2O3、A12O3等杂质.以其为原料制取硫酸铜的工艺
流程如下图所示:

(1)步骤1中先加入足量稀硫酸,再加入双氧水,则双氧水参与该反应的离子方程式是2Fe2++H2O2+2H+═2Fe3++2H2O
(2)步骤②调节溶液pH,可以选用的试剂是BC.(填字母编号)
A.Al2O3B.CuOC.CuCO3•Cu(OH)2
(3)有关氢氧化物开始沉淀和完全沉淀的pH如下表:
 氢氧化物 Al(OH)3 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Cu(OH)2
 开始沉淀的pH 3.3 1.5 6.5 4.2
 沉淀完全的pH 5.2 3.7 9.7 6.7
则滤液B中含有的阳离子是Al3+、Cu2+、H+
(4)将滤液B通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤等操作可得到硫酸铜晶体.
(5)硫酸铜也可用硫化铜和氧气在高温、催化剂条件下化合制得,该反应的化学方程式是:
取384gCuS在一定条件下和氧气完全反应,或发生:2CuS+3O2=2CuO+2SO2
4CuS+5O2=2Cu2O+4SO2;两个反应,在所得固体中Cu和O的物质的量之比n(Cu):n(O)=4:a,此时消耗空气的物质的量为b mol,则a=a=$\frac{2}{5}$b-8.(氧气占空气体积的1/5)

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

6.室温下,向a mol/L氨水中逐滴加入盐酸,下列描述不正确的是(  )
A.pH减小B.$\frac{c(N{H}_{4}^{+})}{c(O{H}^{-})}$增大
C.水的电离程度先减小后增大D.Kb(NH3•H2O)不变

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

7.在一体积为2L的容器中,通入一定量的CO和H2O,850℃时发生反应:CO(g)+H2O(g)═CO2(g)+H2(g)
(1)CO和H2O浓度变化如图,则0-4min的平均反应速率v(CO)=0.03mol•L-1•min-1
(2)如图中4-5min该反应是(填“是”或“否”)处于平衡状态,判断理由CO和H2O的浓度不再随着时间的变化而变化
(3)下列叙述也能说明上述反应达到平衡状态的是D.
A.反应中CO与H2O的物质的量之比为1:1
B.混合气体的总质量不随时间的变化而变化
C.混合气体的总物质的量不随时间的变化而变化
D.单位时间内每消耗amol CO,同时生成a mol H2O  E.混合气体的压强不随时间的变化而变化.

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