《2021届高中化学二轮复习(大题)6 电解工艺流程 习题含解析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2021届高中化学二轮复习(大题)6 电解工艺流程 习题含解析（15页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、熔 融6 电解工艺流程一、典例例：SCR 催化剂是工业上广泛应用的燃煤烟气脱硝催化剂，其主要成分为 TiO 、V O ，以及少量 SiO 、CaO、2 2 5 2Al O 、Fe O 等。一种从废 SCR 催化剂中回收钨的工艺如下：2 3 2 3回答下列问题(1)“酸浸还原”中 V O 转化成可溶于水的 VOC O ，VOC O 中 V 的化合价是_，该反应的化学2 5 2 4 2 4方程式为_。可用浓盐酸代替草酸，但缺点是_。(2)“碱浸”时 WO 转化为 WO23 4的离子方程式为_。(3)“试剂 a”可选用_(选填“盐酸”、“氢氧化钠”或“氨水”)。“滤渣”的主要成分是_。(4)常温下
2、K Ca(OH) =5.5106，Ksp 2 sp(CaWO )=8.71094。“沉钨”过程中不断加入石灰乳，当测得“滤液”中pH=13 时，c(WO2)为_molLl4(保留 2 位有效数字)(5)“熔融电解”过程中阴极反应为 WO24方程式解释该现象_。+6e=W+4O2。电解过程中石墨阳极有损耗并有气体产生，用反应【答案】（1）+4了回收钒的速度V O +3H C O =2VOC O +2CO +3H O 2 5 2 2 4 2 4 2 2与五氧化二钒的反应速率下降，降低（2） WO +2OH-=WO2- +H O 3 4 2（3）氨水Al(OH)3、Fe(OH)3（4）1.6105m
3、ol/L（5）2CaWO +3C = 3CO +2W +2CaO 4 2【解析】从废催化剂中回收金属钨，首先项催化剂中加入 HC O 溶液，进行酸浸还原回收钒；再加入氢 2 2 4氧化钠，反应后进行过滤得到钛渣；再加入氨水调节 pH，过滤掉氢氧化铝和氢氧化铁；再加入石灰乳过滤得到 CaWO，最后熔融状态下电解得到金属钨。(1)VOC O 中，C 为+3 价，O 为-2 价，则可得出 V 为+4 价， 4 2 4反应方程式为V O +3H C O =2VOC O +2CO +3H O 2 5 2 2 4 2 4 2 2，用浓盐酸代替的缺点为，浓盐酸的酸性较强，与五 氧 化 二 钒 的 反 应 速
4、 率 下 降 ， 降 低 了 回 收 钒 的 速 度 ； (2)WO3转 化 为 WO 24的 离 子 方 程 式 为WO +2OH3-=WO2-4+H O2，(3)试剂 a 可选用氨水(调 pH=9，盐酸加入可能会直接导致 pH7，而氢氧化钠为强sp4 熔 融碱，不利于精准调至 pH=9)，滤渣主要是沉淀得到的 Al(OH)3、 Fe(OH) ； (4)pH=13 时，由 pH=-lgc(H+ 3) ，K =c(H+w)c(OH)=1014， 可 得 c(OH)=0.1mol/L 又 因 为 K (Ca(OH) )=c(Ca2+sp 2)c2(OH)=5.5106， 所 以c(Ca2+)=5
5、.5104，而 Ksp(CaWO )=c(Ca2+4)c(WO24)，所以c(WO2-4)=K(CaWO ) c (Ca2+)=8.7 105.5 10-9-4=1.6 10 -5 mol/L ；(5)阳极失去电子，发生了氧化反应，题目已知，阳极有损耗且有气体产生，则说明有二氧化碳生成，故反应方程式为：2CaWO +3C = 3CO +2W +2CaO 4 2。二、模拟练习1用含锂废渣(主要金属元素的含量：Li3.50%、Ni6.55%、Ca6.41%、Mg13.24%)制备 Li CO ，并用其制2 3备 Li+电池的正极材料 LiFePO4。部分工艺流程如下：资料：i滤液 1、滤液 2 中
6、部分离子的浓度(gL1) ：iiEDTA 能和某些二价金属离子形成稳定的水溶性络合物。 iii某些物质的溶解度(S)如下表所示：I制备 Li CO 粗品2 3（1）上述流程中为加快化学反应速率而采取的措施是_。 （2）滤渣 2 的主要成分有_。（3）向滤液 2 中先加入 EDTA，再加入饱和 Na 的操作是_。CO 溶液，90C 下充分反应后，分离出固体 Li CO 粗品 2 3 2 3（4）处理 1kg 含锂 3.50%的废渣，锂的浸出率为 a，Li+转化为 Li CO 的转化率为 b，则粗品中含 Li CO2 3 2 3的质量是_g。II纯化 Li CO 粗品2 3（5）将Li CO 转化
7、为 LiHCO 后，用隔膜法电解 LiHCO 溶液制备高纯度的 LiOH，再转化得电池级 Li CO 。 2 3 3 3 2 3电解原理如图所示，阳极的电极反应式是_，该池使用了_(填“阳”或“阴”)离子交换膜。III制备 LiFePO4（6）将电池级 Li CO 和 C、FePO 高温下反应，生成 LiFePO 和一种可燃性气体，该反应的化学方程式是2 3 4 4_。【答案】（1）研磨、70加热（2）Ni(OH)2、Mg(OH) 、Ca(OH)2 2（3）趁热过滤（4）185ab（5）4HCO 3-4e=4CO +3O +2H O2 2 2阳高温（6）Li CO +2C+2FePO =2Li
8、FePO +3CO2 3 4 4【解析】为加快含锂废渣(主要金属元素的含量：Li3.50%、Ni6.55%、Ca6.41%、Mg13.24%)的酸浸速率，将其研磨粉碎，并用稀硫酸在 70温度下溶浸，由于硫酸钙属于微溶物，经过滤，形成含有 Li+、Ni2+、Mg2+、SO24、少量 Ca2+的滤液 1，滤渣 1 中含有硫酸钙和不溶于硫酸的杂质，向滤液 1 中加入氢氧化钠，调节PH 值为 12，将 Ni2+、Mg2+、少量 Ca2+转化为 Ni(OH)2、Mg(OH) 、Ca(OH) ，经过滤，得到主要含有 Li+ 2 2、SO24和极少量 Ni2+、Mg2+、Ca2+的滤液 2，滤渣 2 中含有
9、 Ni(OH) 、Mg(OH) 、Ca(OH) ，向滤液 2 中加入 EDTA 将2 2 2少量 Ni2+、Mg2+、Ca2+转化为稳定的络合物，再加入饱和碳酸钠溶液将 Li+转化为碳酸锂沉淀，并加热，趁热过滤，用热水洗涤分离出碳酸锂，再经过一系列操作最终制取正极材料LiFePO4，据此分析解答。(1)根据分析和上述流程图示中为加快化学反应速率而采取的措施是研磨、 70加热； (2)根据分析和资料 i，Ni、Mg、 Ca 在溶液中的浓度变化较大，滤渣 2 的主要成分含有 Ni(OH) 、Mg(OH) 和 Ca(OH) ；(3)向滤液 2 中先加入 EDTA，2 2 2与 Ni2+、Mg2+、C
10、a2+转化为稳定的络合物，从而确保它们不与 Li+一起沉淀，再加入饱和 Na CO 溶液，90C2 3下充分反应后，形成碳酸锂的热饱和溶液，通过趁热过滤分离出固体碳酸锂的粗品；(4)处理 1kg 含锂 3.50%的废渣，锂的浸出率为a， Li+ 转化为Li2CO 的转化率为 b，废渣中浸出锂的物质的量为 31000g 3.50% a7g/mol=1000 3.50% a7mol，转化为 Li CO 的锂的物质的量为2 31000 3.50% a b7mol，根据锂元素守恒，则碳酸锂2 3的物质的量为1000 3.50% a b 1000 3.50% a bmol，则粗品中含 Li CO 的质量
11、是7 2 7 2mol 74g/mol=185abg ；(5)将 Li CO 转化为 LiHCO 后，用隔膜法电解 LiHCO 溶液，HCO -要参与电极反应转化为二氧化碳，才能制2 3 3 3 3备高纯度的 LiOH，根据电解原理，阳极发生氧化反应，且阳极的电极反应式是 4HCO3-4e=4CO +3O +2H O； 2 2 2Li+移向阴极生成 LiOH，该池使用了阳离子交换膜；(6)将电池级 Li CO 和 C、FePO 高温下反应，生成 LiFePO2 3 4 4高温和一种可燃性气体，由质量守恒，可燃性气体应是一氧化碳，该反应的化学方程式是 Li CO +2C+2FePO =2 3 4
12、2LiFePO +3CO。42镍(Ni)及其化合物广泛应用于生产电池、电镀和催化剂等领域。(1)NiSO 6H O 晶体是一种绿色易溶于水的晶体，广泛用于化学镀镍、生产电池等，可由电镀废渣(除含镍4 2外，还含有 Cu2+、Zn2+、Fe2+等)为原料获得。操作步骤如图：加入 Na S 的目的是 _ 。 已知： K (FeS)=6.310182 sp， Ksp(CuS)=1.31036， Ksp(ZnS)=1.31024，K (NiS)=1.11021sp可用氯酸钠 NaClO 代替 H O ，写出氯酸钠与滤液反应的离子方程式为_。3 2 2向滤液中加入 NaOH 调节 pH 在一范围内生成氢氧化铁沉淀。已知常温下 Fe(OH) 的 K =1.010393 sp，若要使溶液中 c(Fe3+)1.0106molL1，则应该控制溶液 pH 范围不小于_。操作包括以下过程：过滤，用 H SO 溶解，_、过滤、无水乙醇洗涤获得 NiSO 6H O 晶体。
