锂离子电池是目前具有最高比能量的二次电池。LiFePO4可极大地改善电池体系的安全性能,且具有资源丰富、循环寿命长、环境友好等特点,是锂离子电池正极材料的理想选择。生产LiFePO4的一种工艺流程如图:
已知:Ksp(FePO4·xH2O)=1.0×10-15,Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38。
(1)在合成磷酸铁时,步骤Ⅰ中pH的控制是关键。如果pH<1.9,Fe3+沉淀不完全,影响产量;如果pH>3.0,则可能存在的问题是________________。
(2)步骤Ⅱ中,洗涤是为了除去FePO4·xH2O表面附着的________等离子。
(3)取3组FePO4·xH2O样品,经过高温充分煅烧测其结晶水含量,实验数据如下表:
实验序号 | 1 | 2 | 3 |
固体失重质量分数 | 19.9% | 20.1% | 20.0% |
固体失重质量分数=×100%,则x=_______(精确至0.1)。
(4)步骤Ⅲ中研磨的作用是__________________________________。
(5)在步骤Ⅳ中生成了LiFePO4、CO2和H2O,则氧化剂与还原剂的物质的量之比为________。
(6)H3PO4是三元酸,如图是常温下溶液中含磷微粒的物质的量分数(δ)随pH变化示意图。则PO第一步水解的水解常数K1的表达式为______,K1的数值最接近______(填字母)。
A.10-12.4 B.10-1.6 C.10-7.2 D.10-4.2
【答案】 生成Fe(OH)3杂质,影响磷酸铁的纯度 NO、NH、H+(只要写出NO、NH即可) 2.1 使反应物混合均匀,增大反应速率,提高反应产率(答案合理即可) 24∶1 B
【解析】磷酸和硝酸铁溶液中加入氨水调节溶液pH值2-3目的是生成磷酸铁,过滤、洗涤、干燥得到FePO4·xH2O,加入葡萄糖和磷酸锂研磨、干燥在有氩气的装置中高温煅烧得到LiFePO4,(1)步骤I中pH的控制是关键.如果pH<1.9,Fe3+沉淀不完全,影响产量;如果pH>3.0,则可能存在的问题是:生成Fe(OH)3杂质,影响磷酸铁的纯度;(2)步骤II中,洗涤是为了除去FePO4·xH2O表面附着的NO3-、NH4+、H+;(3)图表中固体失重质量分数的平均值=(19.9%+20.1%+20.0%)/3=20.0%, ,x=2.1,;(4)步骤III中研磨的作用使反应物混合均匀,增大反应速率,提高反应产率(答案合理即可) ;(5)在步骤IV中生成了LiFePO4、CO2和H2O,反应的化学方程式为:24FePO4+C6H12O6+12Li2CO3=24LiFePO4+18CO2+6H2O,则氧化剂与还原剂的物质的量之比为24:1;(6)H3PO4是三元酸,则PO42-第一步水解的离子方程式为:PO43-+H2O HPO42-+OH-,水解常数K1的表达式=c(OH-)c(HPO42-)/c(PO43-),图象中可知c(PO43-)=c(HPO42-)时,pH=12.4,则c(OH-)=10-14/10-12.4=10-1.6mol·L-1,故选B。
【题型】综合题
【结束】
11
黄铜矿(主要成分为CuFeS2)是生产铜、铁和硫酸的原料。回答下列问题:
(1)基态Cu原子的价电子排布式为________
(2)从原子结构角度分析,第一电离能I1(Fe)与I1(Cu)的关系是:I1(Fe)____I1(Cu)(填“>“<"或“=”)
(3)血红素是吡咯(C4H5N)的重要衍生物,血红素(含Fe2+)可用于治疗缺铁性贫血。吡略和血红素的结构如下图:
①已知吡咯中的各个原子均在同一平面内,则吡咯分子中N原子的杂化类型为_______
②1mol吡咯分子中所含的σ键总数为____个。分子中的大π键可用表示,其中m代表参与形成大π键的原子数,n代表参与形成大π键的电子数,则吡略环中的大π键应表示为_____。
③C、N、O三种元素的简单氢化物中,沸点由低到高的顺序为________(填化学式)。
④血液中的O2是由血红素在人体内形成的血红蛋白来输送的,则血红蛋白中的Fe2+与O2是通过_____键相结合。
(4)黄铜矿冶炼铜时产生的SO2可经过SO2SO3H2SO4途径形成酸雨。SO2的空间构 型为________。H2SO4的酸性强于H2SO3的原因是____________
(5)用石墨作电极处理黄铜矿可制得硫酸铜溶液和单质硫。石墨的晶体结构如下图所示,虚线勾勒出的是其晶胞。则石墨晶胞中含碳原子数为____个。已知石墨的密度为ρg/cm3,C-C键的键长为rcm,设阿伏加德罗常数的值为NA,则石墨晶体的层间距d=______cm。
高三化学综合题困难题
锂离子电池是目前具有最高比能量的二次电池。LiFePO4可极大地改善电池体系的安全性能,且具有资源丰富、循环寿命长、环境友好等特点,是锂离子电池正极材料的理想选择。生产LiFePO4的一种工艺流程如图:
已知:Ksp(FePO4·xH2O)=1.0×10-15,Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38。
(1)在合成磷酸铁时,步骤Ⅰ中pH的控制是关键。如果pH<1.9,Fe3+沉淀不完全,影响产量;如果pH>3.0,则可能存在的问题是________________。
(2)步骤Ⅱ中,洗涤是为了除去FePO4·xH2O表面附着的________等离子。
(3)取3组FePO4·xH2O样品,经过高温充分煅烧测其结晶水含量,实验数据如下表:
实验序号 | 1 | 2 | 3 |
固体失重质量分数 | 19.9% | 20.1% | 20.0% |
固体失重质量分数=×100%,则x=_______(精确至0.1)。
(4)步骤Ⅲ中研磨的作用是__________________________________。
(5)在步骤Ⅳ中生成了LiFePO4、CO2和H2O,则氧化剂与还原剂的物质的量之比为________。
(6)H3PO4是三元酸,如图是常温下溶液中含磷微粒的物质的量分数(δ)随pH变化示意图。则PO第一步水解的水解常数K1的表达式为______,K1的数值最接近______(填字母)。
A.10-12.4 B.10-1.6 C.10-7.2 D.10-4.2
高三化学综合题困难题查看答案及解析
锂离子电池是目前具有最高比能量的二次电池。LiFePO4可极大地改善电池体系的安全性能,且具有资源丰富、循环寿命长、环境友好等特点,是锂离子电池正极材料的理想选择。生产LiFePO4的一种工艺流程如图:
已知:Ksp(FePO4·xH2O)=1.0×10-15,Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38。
(1)在合成磷酸铁时,步骤Ⅰ中pH的控制是关键。如果pH<1.9,Fe3+沉淀不完全,影响产量;如果pH>3.0,则可能存在的问题是________________。
(2)步骤Ⅱ中,洗涤是为了除去FePO4·xH2O表面附着的________等离子。
(3)取3组FePO4·xH2O样品,经过高温充分煅烧测其结晶水含量,实验数据如下表:
实验序号 | 1 | 2 | 3 |
固体失重质量分数 | 19.9% | 20.1% | 20.0% |
固体失重质量分数=×100%,则x=_______(精确至0.1)。
(4)步骤Ⅲ中研磨的作用是__________________________________。
(5)在步骤Ⅳ中生成了LiFePO4、CO2和H2O,则氧化剂与还原剂的物质的量之比为________。
(6)H3PO4是三元酸,如图是常温下溶液中含磷微粒的物质的量分数(δ)随pH变化示意图。则PO第一步水解的水解常数K1的表达式为______,K1的数值最接近______(填字母)。
A.10-12.4 B.10-1.6 C.10-7.2 D.10-4.2
【答案】 生成Fe(OH)3杂质,影响磷酸铁的纯度 NO、NH、H+(只要写出NO、NH即可) 2.1 使反应物混合均匀,增大反应速率,提高反应产率(答案合理即可) 24∶1 B
【解析】磷酸和硝酸铁溶液中加入氨水调节溶液pH值2-3目的是生成磷酸铁,过滤、洗涤、干燥得到FePO4·xH2O,加入葡萄糖和磷酸锂研磨、干燥在有氩气的装置中高温煅烧得到LiFePO4,(1)步骤I中pH的控制是关键.如果pH<1.9,Fe3+沉淀不完全,影响产量;如果pH>3.0,则可能存在的问题是:生成Fe(OH)3杂质,影响磷酸铁的纯度;(2)步骤II中,洗涤是为了除去FePO4·xH2O表面附着的NO3-、NH4+、H+;(3)图表中固体失重质量分数的平均值=(19.9%+20.1%+20.0%)/3=20.0%, ,x=2.1,;(4)步骤III中研磨的作用使反应物混合均匀,增大反应速率,提高反应产率(答案合理即可) ;(5)在步骤IV中生成了LiFePO4、CO2和H2O,反应的化学方程式为:24FePO4+C6H12O6+12Li2CO3=24LiFePO4+18CO2+6H2O,则氧化剂与还原剂的物质的量之比为24:1;(6)H3PO4是三元酸,则PO42-第一步水解的离子方程式为:PO43-+H2O HPO42-+OH-,水解常数K1的表达式=c(OH-)c(HPO42-)/c(PO43-),图象中可知c(PO43-)=c(HPO42-)时,pH=12.4,则c(OH-)=10-14/10-12.4=10-1.6mol·L-1,故选B。
【题型】综合题
【结束】
11
黄铜矿(主要成分为CuFeS2)是生产铜、铁和硫酸的原料。回答下列问题:
(1)基态Cu原子的价电子排布式为________
(2)从原子结构角度分析,第一电离能I1(Fe)与I1(Cu)的关系是:I1(Fe)____I1(Cu)(填“>“<"或“=”)
(3)血红素是吡咯(C4H5N)的重要衍生物,血红素(含Fe2+)可用于治疗缺铁性贫血。吡略和血红素的结构如下图:
①已知吡咯中的各个原子均在同一平面内,则吡咯分子中N原子的杂化类型为_______
②1mol吡咯分子中所含的σ键总数为____个。分子中的大π键可用表示,其中m代表参与形成大π键的原子数,n代表参与形成大π键的电子数,则吡略环中的大π键应表示为_____。
③C、N、O三种元素的简单氢化物中,沸点由低到高的顺序为________(填化学式)。
④血液中的O2是由血红素在人体内形成的血红蛋白来输送的,则血红蛋白中的Fe2+与O2是通过_____键相结合。
(4)黄铜矿冶炼铜时产生的SO2可经过SO2SO3H2SO4途径形成酸雨。SO2的空间构 型为________。H2SO4的酸性强于H2SO3的原因是____________
(5)用石墨作电极处理黄铜矿可制得硫酸铜溶液和单质硫。石墨的晶体结构如下图所示,虚线勾勒出的是其晶胞。则石墨晶胞中含碳原子数为____个。已知石墨的密度为ρg/cm3,C-C键的键长为rcm,设阿伏加德罗常数的值为NA,则石墨晶体的层间距d=______cm。
高三化学综合题困难题查看答案及解析
LiFePO4新型锂离子电池因其原材料丰富、对环境友好、循环性能和安全性能好的特点,具有广阔的应用前景。已知该电池放电时的电极反应式为:
正极:FePO4+Li++e-=LiFePO4,负极:Li-e-=Li+,下列说法中正确的是
A.充电时阳极反应为Li++e-=Li
B.充电时动力电池上标注“-”的电极应与外接电源的负极相连
C.放电时电池内部Li+向负极移动
D.放电时,在正极上是Li+得电子被还原
高三化学选择题中等难度题查看答案及解析
锂离子电池广泛应用于日常电子产品中,也是电动汽车动力电池的首选.正极材料的选择决定了锂离子电池的性能.磷酸铁钾(LiFePO4)以其高倍率性、高比能量、高循环特性、高安全性、低成本、环保等优点而逐渐成为“能源新星”。
(1)高温固相法是磷酸铁锂生产的主要方法。通常以铁盐、磷酸盐和锂盐为原料,按化学计量比充分混匀后,在惰性气氛的保护中先经过较低温预分解,再经高温焙烧,研磨粉碎制成。其反应原理如下:
Li2CO3+2FeC2O4•2H2O+2NH4H2PO4═2NH3↑+3CO2↑+______+_______+_______
①完成上述化学方程式.
②理论上,反应中每转移0.15mol电子,会生成LiFePO4______________g;
③反应需在惰性气氛的保护中进行,其原因是______________;
(2)磷酸亚铁锂电池装置如图所示,其中正极材料橄榄石型LiFePO4通过粘合剂附着在铝箔表面,负极石墨材料附着在铜箔表面,电解质为溶解在有机溶剂中的锂盐。
电池工作时的总反应为:LiFePO4+6CLi1-xFePO4+LixC6,则放电时,正极的电极反应式为______________。充电时,Li+迁移方向为______________(填“由左向右”或“由右向左”),图中聚合物隔膜应为______________(填“阳”或“阴”)离子交换膜。
(3)用该电池电解精炼铜。若用放电的电流强度I=2.0A的电池工作10分钟,电解精炼铜得到铜0.32g,则电流利用效率为______________(保留小数点后一位)。(已知:法拉第常数F=96500C/mol,电流利用效率=100%)
(4)废旧磷酸亚铁锂电池的正极材料中的LiFePO4难溶于水,可用H2SO4和H2O2的混合溶液浸取,发生反应的离子方程式为______________。
高三化学填空题困难题查看答案及解析
LiFePO4是锂离子电池一种电极材料,其结构稳定、资源丰富、安全性能好、无毒.该电极材料在充放电时的变化如图所示,下列有关说法正确的是( )
A. 放电时该电极为负极
B. 充电是Li+向阳极移动
C. 充电时该电极发生氧化反应,反应式为LiFePO4﹣e﹣=FePO4+Li+
D. 该电池可以用磷酸溶液作电解质
高三化学单选题中等难度题查看答案及解析
液流电池是一种新的蓄电池,是利用正负极电解液分开,各自循环的一种高性能蓄电池,具有容量高、使用领域(环境)广、循环使用寿命长的特点。如图是一种锌溴液流电池,电解液为溴化锌的水溶液。下列说法正确的是
A.充电时阳极的电极反应式:Zn-2e- Zn2+
B.充电时电极a为外接电源的负极
C.放电时Br-向右侧电极移动
D.放电时左右两侧电解质储罐中的离子总浓度均增大
高三化学选择题中等难度题查看答案及解析
目前的锂离子电池的正极材料多是LiCoO2、LiMn2O4、LiFePO4和双离子传递型聚合物等。改良正极材料的性能是锂离子电池领域的重点方向,如用碳包覆LiFePO4和向其中掺杂金属银等。下列过程是制备该正极材料的流程图:
回答下列问题:
(1)LiFePO4中铁元素的化合价为_____价。已知原料是Li2CO3、FeC2O4·2H2O、NH4H2PO4和C6H12O6的混合物,其中Li、Fe、P三种元素的物质的量比为1:1:1,C6H12O6的用量占原料总质量的5%。若原料的质量为1000 g,则需要称取NH4H2PO4的质量为_______(保留两位小数)。
(2)将原料先行研磨4 h目的是_________。为了更快得到前驱体粉末,除了保持温度在50℃外,还应进行的常见操作方法是_________。
(3)两次焙烧均需要在高纯氮气环境下进行,原因是________。葡萄糖分解产生的碳除了提供还原性环境,提高产物纯度,而且可以阻止晶粒的聚集长大,控制颗粒形状,提高LiFePO4的电导率。则葡萄糖分解的化学反应方程式(分解过程中只有C一种单质生成)为________。600℃加热时硝酸银发生分解生成红棕色气体和3种常见单质(其中两种气体单质物质的量比为2:7),则分解时的化学反应方程式为_______。
(4)如图所示是用LiFePO4/Ag/C作正极材料制成的纽扣锂离子电池组装示意图。充电时,其正、负极材料所发生反应的电极方程式分别是______、______(锂离子电池是靠xLi+在两极的嵌入和嵌出进行工作)。
高三化学综合题中等难度题查看答案及解析
磷酸铁锂电池在充放电过程中表现出了良好的循环稳定性,具有较长的循环寿命,放电时的反应为:LixC6+Li1-xFePO4=6C+LiFePO4 。某磷酸铁锂电池的切面如下图所示。下列说法错误的是
A.放电时Li+脱离石墨,经电解质嵌入正极
B.隔膜在反应过程中只允许Li+ 通过
C.充电时电池正极上发生的反应为:LiFePO4-xe-= Li1-xFePO4+xLi+
D.充电时电子从电源经铝箔流入正极材料
高三化学单选题困难题查看答案及解析
磷酸铁锂电池在充放电过程中表现出了良好的循环稳定性,具有较长的循环寿命,放电时的反应为:LixC6+Li1-xFePO4=6C+LiFePO4 。某磷酸铁锂电池的切面如下图所示。下列说法错误的是
A.放电时Li+脱离石墨,经电解质嵌入正极
B.隔膜在反应过程中只允许Li+ 通过
C.充电时电池正极上发生的反应为:LiFePO4-xe-= Li1-xFePO4+xLi+
D.充电时电子从电源经铝箔流入正极材料
高三化学单选题困难题查看答案及解析
磷酸铁锂电池在充放电过程中表现出了良好的循环稳定性,具有较长的循环寿命,放电时的反应为:LixC6+Li1-xFePO4=6C+LiFePO4 。某磷酸铁锂电池的切面如下图所示。下列说法错误的是
A.放电时Li+脱离石墨,经电解质嵌入正极
B.隔膜在反应过程中只允许Li+ 通过
C.充电时电池正极上发生的反应为:LiFePO4-xe-= Li1-xFePO4+xLi+
D.充电时电子从电源经铝箔流入正极材料
高三化学单选题困难题查看答案及解析