問題詳情:
鋰離子電池正極材料需要純度較高的硫*錳,目前工業硫*錳中雜質(鈣、鎂、鐵等)含量高,利用下圖流程可製取純度較高的硫*錳溶液。
反應①使雜質生成*化物的沉澱,對反應①前後的雜質含量檢測結果(以350g/LMnSO4計)如下:
雜質 | 淨化前/g | 淨化後/g | 去除率/% |
Fe2+、Fe3+ | 0.001275 | 0.001275 | ﹣ |
Ca2+ | 0.490000 | 0.021510 | 95.61 |
Mg2+ | 0.252000 | 0.025100 | 90.04 |
(1)濾渣x中含有的物質是_____。
(2)試分析鈣鎂去除結果不同的原因:_____。
(3)在濾液中加入KMnO4可以將Fe2+氧化為Fe3+,同時生成Mn2+.該反應的離子方程式為_____。
(4)已知:生成*氧化物沉澱的pH
Fe(OH)2 | Fe(OH)3 | Mn(OH)2 | |
開始沉澱時 | 6.3 | 1.5 | 8.3 |
完全沉澱時 | 8.3 | 2.8 | 9.8 |
注:金屬離子的起始濃度為0.1mol/L
根據表中數據解釋流程中②的目的:_____。
(5)進一步研究表明,如果反應①後不過濾直接加入KMnO4,同時控制加入的量,反應後調節pH,然後再過濾,可以進一步提高鈣鎂的去除率.對鈣鎂去除率提高的原因有如下假設:
假設I:Fe2+與生成了Fe3+,Fe3+水解生成的Fe(OH)3吸附了沉澱物;
假設II:Mn2+與反應生成的活*MnO2吸附了沉澱物。
選擇適當的無機試劑,設計實驗驗*假設是否成立____________________。
(6)鋰離子電池充放電過程中,鋰離子在正極和負極之間來回移動,就像一把搖椅,稱“搖椅式電池”。典型的鋰離子電池工作原理如圖所示。
①放電時Li+的移動方向從__________極到極_____(填“a”或“b”)。
②已知電極總反應:LiCoO2+CLi1﹣xCoO2+CLix,寫出放電時正極的電極反應式__。
【回答】
CaF2、MgF2 CaF2比MgF2更難溶 +5Fe2++8H+=5Fe3++Mn2++4H2O 將Fe3+轉化為Fe(OH)3達到分離鐵元素與錳元素的目的 取工業硫*錳廢水,加入MnF2,將所得樣品分成兩份,其中一份加入Fe(OH)3膠體,另一份加入活*MnO2,分別檢測Ca2+、Mg2+的去除率,若去除率提高(大於95.61%、90.04%),則説明假設成立 b a Li1﹣xCoO2+xLi++xe-=LiCoO2
【分析】
工業硫*錳中雜質(鈣、鎂、鐵等)含量高,90°C加入水中攪拌,加入MnF2反應生成CaF2、MgF2沉澱,濾液中加入高錳*鉀溶液氧化亞鐵離子生成鐵離子,調節溶液pH除去鐵離子分離鐵離子和錳離子,濾渣y為*氧化鐵。
【詳解】
(1)濾渣x中含有的物質是:CaF2、MgF2,
(2)根據表格可以看出,鈣去除得較多,鈣鎂去除結果不同的原因是CaF2比MgF2更難溶;
(3)在濾液中加入KMnO4可以將Fe2+氧化為Fe3+,同時生成Mn2+,結合電子守恆和電荷守恆、原子守恆配平,該反應的離子方程式為:MnO4﹣+5Fe2++8H+5Fe3++Mn2++4H2O;
(4)根據表中數據,可知流程中②調節溶液pH使鐵離子和錳離子分離,其目的是:將Fe3+轉化為Fe(OH)3達到分離鐵元素與錳元素的目的;
(5)對鈣鎂去除率提高的原因有如下假設:
假設Ⅰ:Fe2+與生成了Fe3+,Fe3+水解生成的Fe(OH)3吸附了沉澱物;
假設Ⅱ:Mn2+與反應生成的活*MnO2吸附了沉澱物.
設計實驗驗*假設是否成立:取工業硫*錳溶液,加入MnF2,將所得樣品分成兩份,其中一份加入Fe(OH)3膠體,另一份加入活*MnO2,分別檢測Ca2+、Mg2+的去除率,若去除率提高(大於95.61%、90.04%),則説明假設成立;
(6)①圖中放電過程中電子從b流向a説明b為負極,a為正極,放電時Li+的移動方向從負極到正極即b極移向a電極;
②已知電極總反應:LiCoO2+CLi1﹣xCoO2+CLix,則放電時正極的電極反應式為Li1﹣xCoO2+xLi++xe﹣=LiCoO2。
知識點:原電池
題型:綜合題