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锂离子电池的应用广泛,其正极材料可再生利用.某锂离子电池正极材料有钴酸锂(LiCoO2)和铝箔等.现欲利用以下步骤回收正极材料中的某些金属资源.
①电池经过放电处理后拆解,将正极材料用NaOH溶液浸泡,过滤;
②向①所得滤液中通入过量CO2气体得到白色沉淀;
③向①所得的滤渣中加入稀硫酸和H2O2,在80℃时加热一段时间,发生反应2LiCoO2+3H2SO4+H2O2=Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O;
④将③所得的液体调整pH后过滤,滤液中存在CoSO4和Li2SO4
⑤向④所得滤液中加入有机溶剂,溶液分层.经检测水溶液中CoSO4含量大大减小.
(1)写出步骤①中反应方程式
 

(2)写出步骤②中得到的白色沉淀是
 

(3)步骤③发生的反应中氧化剂是
 
,氧化产物是
 

(4)步骤③中的稀硫酸可用盐酸代替,但缺点是
 

(5)步骤③加热时除发生上述反应,还发生的反应是
 

(6)由以上步骤可知,CoSO4和Li2SO4中易溶于有机溶剂的是
 
,第⑤步操作名称为
 
考点:物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用
专题:电化学专题
分析:①电池经过放电处理后拆解,将正极材料用NaOH溶液浸泡,过滤,正极材料中Al和NaOH溶液反应,方程式为2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑然后过滤,滤液中含有NaAlO2和NaOH、滤渣中含有LiCoO2
②向①所得滤液中通入过量CO2气体得到白色沉淀,偏铝酸钠和二氧化碳反应生成碳酸氢钠、氢氧化铝,反应方程式为NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+NaHCO3
③向①所得的滤渣中加入稀硫酸和H2O2,在80℃时加热一段时间,发生反应2LiCoO2 +3H2SO4+H2O2=Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O,该反应中Co元素化合价由+3价变为+2价、O元素化合价由-1价变为0价,得电子化合价降低的反应物是氧化剂,失电子化合价升高的反应物是还原剂,还原剂对应的产物是氧化产物,该混合物中还存在双氧水的分解反应;如果将稀硫酸换为稀盐酸,盐酸具有还原性,能被LiCoO2 氧化生成氯气;
④将③所得的液体调整pH后过滤,滤液中存在CuSO4和LiSO4
⑤向④所得滤液中加入有机溶剂,溶液分层.经检测水溶液中CoSO4含量大大减小,说明CoSO4在有机溶剂中的溶解度大于在水中的溶解度.
解答: 解:①电池经过放电处理后拆解,将正极材料用NaOH溶液浸泡,过滤,正极材料中Al和NaOH溶液反应,方程式为2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑,然后过滤,滤液中含有NaAlO2和NaOH、滤渣中含有LiCoO2
②向①所得滤液中通入过量CO2气体得到白色沉淀,偏铝酸钠和二氧化碳反应生成碳酸氢钠、氢氧化铝,反应方程式为NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+NaHCO3
③向①所得的滤渣中加入稀硫酸和H2O2,在80℃时加热一段时间,发生反应2LiCoO2 +3H2SO4+H2O2=Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O,该反应中Co元素化合价由+3价变为+2价、O元素化合价由-1价变为0价,得电子化合价降低的反应物是氧化剂,失电子化合价升高的反应物是还原剂,还原剂对应的产物是氧化产物,该混合物中还存在双氧水的分解反应;如果将稀硫酸换为稀盐酸,盐酸具有还原性,能被LiCoO2 氧化生成氯气;
④将③所得的液体调整pH后过滤,滤液中存在CuSO4和LiSO4
⑤向④所得滤液中加入有机溶剂,溶液分层.经检测水溶液中CoSO4含量大大减小,说明CoSO4在有机溶剂中的溶解度大于在水中的溶解度.
(1)通过以上分析知,步骤①中反应方程式2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑,故答案为:2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑;
(2)通过以上分析知,步骤②中得到的白色沉淀是Al(OH)3,故答案为:Al(OH)3
(3)步骤③发生的反应为2LiCoO2 +3H2SO4+H2O2=Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O,该反应中Co元素化合价由+3价变为+2价、O元素化合价由-1价变为0价,所以氧化剂是LiCoO2,氧化产物是O2
故答案为:LiCoO2;O2
(4)步骤③中的稀硫酸可用盐酸代替,但缺点是盐酸具有还原性,能被LiCoO2 氧化生成氯气,氯气有毒污染空气,故答案为:氯气有毒污染空气;
(5)步骤③加热时除发生上述反应,还发生的反应是2H2O2
  △  
.
 
2H2O+O2↑,故答案为:2H2O2
  △  
.
 
2H2O+O2↑;
(6)通过以上分析知,CoSO4和Li2SO4中易溶于有机溶剂的是CoSO4,第⑤步操作名称为萃取,
故答案为:CoSO4;萃取.
点评:本题考查物质的分离和提纯,侧重考查分析、推断、实验操作能力,明确实验原理是解本题关键,知道元素化合物性质,知道每一步的目的及发生的反应、分离方法,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:

下列叙述正确的是(  )
A、用pH试纸测定溶液的pH,应先将pH试纸湿润
B、强酸溶液的导电性一定比弱酸溶液的导电性强
C、SO2溶于水后,水溶液可导电,所以SO2是电解质
D、离子化合物一定是强电解质

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科目:高中化学 来源: 题型:

下列关于同分异构体判断正确的是(  )
A、分子式为C8H10的芳香烃有3个,分别为 和 
B、分子式为C2H6O的同分异构体有两个,分别是 H3C-O-CH3 和 CH3CH2OH
C、分子式为C4H8的烯烃同分异构体有2个,分别为CH2=CHCH2CH3、CH3CH=CHCH3
D、是两种不同的物质

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科目:高中化学 来源: 题型:

某物质E可做香料,其结构简式为,工业合成路线如下:

已知:

回答下列问题:
(1)A为芳香烃,相对分子质量为78.下列关于A的说法中,正确的是
 
(填序号);
a.密度比水大
b.所有原子均在同一平面上
c.一氯代物只有一种
(2)B的结构简式可能是
 
 

(3)步骤④的化学方程式是
 

(4)E有多种同分异构体,写出符合以下条件的结构简式
 
(只写反式结构).
①具有顺反结构
②能与NaOH溶液反应
③分子中苯环上的一溴代物有两种.

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科目:高中化学 来源: 题型:

当溶液中离子浓度小于1×10-5mol?L-1时,该离子沉淀完全.25°C 时,在含有浓度均为1.0×10-4 mol?L-1的CrO42-离子和Cl-离子的混合溶液中逐滴加入AgNO3溶液,通过计算说明哪种离子先沉淀?用AgNO3溶液能否将这两种离子逐一分离开?( 认为过程中溶液体积无变化;25°C 时,Ksp(AgCl)=1.8×10-10,Ksp(Ag2CrO4)=9.0×10-12  )

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科目:高中化学 来源: 题型:

某学生用0.200 0mol?L-1的标准NaOH溶液滴定未知浓度的盐酸,其操作为如下几步:
①用蒸馏水洗涤碱式滴定管,并立即注入NaOH溶液至“0”刻度线以上
②固定好滴定管并使滴定管尖嘴充满液体
③调节液面至“0”或“0”刻度线稍下,并记下读数
④移取20.00mL待测液注入洁净的锥形瓶中,并加入3滴酚酞溶液
⑤用标准液滴定至终点,记下滴定管液面读数
请回答:
(1)以上步骤有错误的是 (填编号)
 
,该错误操作会导致测定结果(填“偏大”、“偏小”或“无影响”)
 

(2)步骤⑤中,在记下滴定管液面读数时,滴定管尖嘴有气泡,测定结果(填“偏大”、“偏小”或“无影响”)
 

(3)判断滴定终点的现象是:
 

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科目:高中化学 来源: 题型:

一溴乙烷为无色液体,熔点-119.1℃,沸点38.4℃,常用于汽油的乙基化、冷冻剂和麻醉剂.制备一溴乙烷的反应原理为:NaBr+H2SO4═HBr↑+NaHSO4,CH3CH2OH+HBr→CH3CH2Br+H2O.实验室可用如图装置制备一溴乙烷
某学生的实验过程和具体操作可简述如下:

查阅资料可知:
①可能产生的副产物有:CH3CH2OCH2CH3、CH2BrCH2Br、CH2=CH2、Br2、SO2,其中1,2-二溴乙烷为无色液体,熔点9.3℃,沸点131.4℃.
②油层a用浓硫酸处理可以除掉乙醚、乙醇和水等杂质.
请结合以上信息回答下列问题:
(1)实验过程中锥形瓶置于冰水混合物中的目的是
 

(2)水层a中的离子除Na+、H+、OH-和Br-外,还一定含有
 
,检验该离子的方法是
 

(3)油层a、b均呈微黄色.该学生猜测油层b除一溴乙烷外还可能含有其它一种或多种副产物,为验证其成分设计了如下的实验操作.
实验步骤预期现象和结论
步骤1:将油层b转移至
 
中,再加入足量稀 Na2SO3溶液充分振荡,静置.
 
步骤2:取步骤1的水层少量于试管中,加入稀硫酸酸化,再加入适量新制氯水及少量CCl4,充分振荡,静置.溶液分层,下层呈橙红色,证明
 
步骤3:将步骤1的油层充分洗涤、干燥后装入蒸馏装置中,
 
至温度计升高至450C左右.
馏出蒸汽的温度稳定在38℃左右,不再有蒸汽馏出时,将蒸馏烧瓶中残留液体置于冰水浴中冷却,凝结成白色固体,则证明油层b中含有1,2-二溴乙烷.
(4)该同学在实验过程中加入了10mL乙醇(0.17mol),足量浓硫酸,适量水,以及0.15mol溴化钠,最后蒸馏获得了10.9g一溴乙烷产品.请计算产率
 
(用小数表示,保留二位小数).

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科目:高中化学 来源: 题型:

工业上可用软锰矿浆(主要成分为MnO2)吸收硫酸厂废气SO2,并制备MnSO4?H2O晶体,其工艺流程如下:

已知:①浸出液的pH<2,且阳离子主要是Mn2+,以及少量Fe2+、Al3+等.
②几种离子沉淀时数据信息如下:
离子Fe2+Fe3+Al3+Mn2+
开始沉淀时pH7.62.73.88.3
完全沉淀时pH9.74.04.79.8
请回答下列问题:
(l)浸出液pH<2的原因可能是
 

(2)加入MnO2,氧化时溶液中反应的离子方程式为
 
,若流程中取消“加入MnO2”,对上述流程的影响是
 

(3)试剂X
 
(填“能”或“不能”)选用氢氧化锰,试说明理由:
 

(4)滤渣的主要成分是
 
,利用滤渣能提取铁红,其原理是
 

(5)从滤液中提取MnSO4?H2O晶体的操作是
 

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科目:高中化学 来源: 题型:

下列除去杂质的方法正确的是(  )
A、除去N2中的少量O2:通过灼热的CuO粉末,收集气体
B、除去FeCl2溶液中的少量FeCl3:加入足量铁屑,充分反应后,过滤
C、除去CO2中的少量HCl:通入Na2CO3溶液,收集气体
D、除去KCl溶液中的少量MgCl2:加入适量NaOH溶液,过滤

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