2025年下學(xué)期高二化學(xué)新情境問(wèn)題專練（四）一、工業(yè)流程綜合題（一）廢舊鋰電池正極材料回收利用隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，廢舊鋰離子電池的回收利用成為資源循環(huán)和環(huán)境保護(hù)的重要課題。某研究團(tuán)隊(duì)以磷酸鐵鋰（LiFePO?）型廢舊電池正極材料（含炭黑、鋁箔等雜質(zhì)）為原料，制備高純Li?CO?和FePO?·2H?O，工藝流程如下：已知條件：LiFePO?難溶于水，可溶于稀硫酸，生成Fe2?和PO?3?；25℃時(shí)，Ksp[Fe(OH)?]=4.9×10?1?，Ksp[Fe(OH)?]=2.8×10?3?；草酸（H?C?O?）的pKa?=1.23，pKa?=4.19。工藝流程：graphTDA[廢舊正極材料]-->|①堿浸|B[濾渣:LiFePO?、炭黑]B-->|②酸浸|C[浸出液:Li?、Fe2?、PO?3?]C-->|③氧化|D[溶液:Fe3?、Li?、PO?3?]D-->|④調(diào)pH|E[沉淀:FePO?·2H?O]E-->|⑤過(guò)濾|F[濾液:Li?]F-->|⑥沉鋰|G[Li?CO?晶體]問(wèn)題：堿浸預(yù)處理（1）步驟①中加入NaOH溶液的作用是__________（用化學(xué)方程式表示），該過(guò)程需控制溫度在80℃的原因是__________。（2）若堿浸后溶液的pH=13，此時(shí)溶液中c(AlO??)=0.1mol/L，計(jì)算Al(OH)?的Ksp=__________（忽略溶液體積變化）。酸浸與氧化（3）步驟②中用H?SO?浸取時(shí)，LiFePO?發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)_________。若改用鹽酸浸取，可能產(chǎn)生的問(wèn)題是__________。（4）步驟③中加入H?O?作氧化劑，寫出反應(yīng)的離子方程式：。實(shí)際操作中H?O?需過(guò)量，目的是。沉淀分離與條件控制（5）步驟④需調(diào)節(jié)pH使Fe3?完全沉淀為FePO?·2H?O，而Li?不沉淀。通過(guò)計(jì)算說(shuō)明應(yīng)控制pH的范圍：（當(dāng)離子濃度≤10??mol/L時(shí)視為完全沉淀）。（6）若改用草酸銨[(NH?)?C?O?]作沉淀劑，生成FeC?O?·2H?O沉淀，對(duì)比FePO?·2H?O沉淀法，其缺點(diǎn)是。沉鋰工藝優(yōu)化（7）步驟⑥中加入飽和Na?CO?溶液沉鋰，反應(yīng)為2Li?+CO?2?=Li?CO?↓。已知Li?CO?在20℃和80℃的溶解度分別為1.33g/L和0.72g/L，生產(chǎn)中選擇80℃進(jìn)行反應(yīng)的原因是__________。（二）新型陶瓷材料制備氮化硅（Si?N?）是一種高溫結(jié)構(gòu)陶瓷，具有高強(qiáng)度、耐腐蝕等優(yōu)良性能。工業(yè)上以硅粉和氨氣為原料，在1300℃下反應(yīng)制備Si?N?，同時(shí)生成一種氣體單質(zhì)。某實(shí)驗(yàn)小組模擬該工藝，設(shè)計(jì)了如下裝置（夾持裝置略）：實(shí)驗(yàn)裝置：graphLRA[NH?發(fā)生器]-->|a|B[干燥管:堿石灰]B-->|b|C[反應(yīng)管:Si粉/1300℃]C-->|c|D[尾氣處理:濃硫酸]問(wèn)題：5.反應(yīng)原理與裝置作用（1）寫出制備Si?N?的化學(xué)方程式：，該反應(yīng)中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為。（2）裝置B中堿石灰的作用是__________，若缺少裝置B，可能導(dǎo)致的后果是__________。實(shí)驗(yàn)操作與誤差分析（3）實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，應(yīng)先__________（填“通入NH?”或“加熱反應(yīng)管”），目的是__________。（4）若反應(yīng)結(jié)束后稱得Si?N?產(chǎn)品質(zhì)量為14.0g，硅粉轉(zhuǎn)化率為80%，則理論上需硅粉的質(zhì)量為_(kāi)_________g（保留一位小數(shù)）。二、實(shí)驗(yàn)探究題（一）草酸合鐵酸鉀晶體的組成測(cè)定草酸合鐵酸鉀晶體的化學(xué)式可表示為K?[Fe?(C?O?)z]·nH?O，為測(cè)定其組成，某小組進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)步驟：Ⅰ.準(zhǔn)確稱取5.000g樣品，配成250mL溶液。Ⅱ.取25.00mL溶液，加入稀硫酸酸化，用0.1000mol/LKMnO?溶液滴定至終點(diǎn)，消耗KMnO?溶液12.00mL（反應(yīng)：C?O?2?→CO?，MnO??→Mn2?）。Ⅲ.另取25.00mL溶液，加入過(guò)量KI溶液，用0.2000mol/LNa?S?O?溶液滴定至終點(diǎn)，消耗Na?S?O?溶液15.00mL（反應(yīng)：I?+2S?O?2?=2I?+S?O?2?）。Ⅳ.取5.000g樣品，在110℃下烘干至恒重，質(zhì)量變?yōu)?.460g。問(wèn)題：7.滴定反應(yīng)與計(jì)算（1）寫出步驟Ⅱ中KMnO?與C?O?2?反應(yīng)的離子方程式：。若滴定終點(diǎn)時(shí)仰視讀數(shù)，會(huì)導(dǎo)致測(cè)定的C?O?2?含量（填“偏高”“偏低”或“無(wú)影響”）。（2）通過(guò)計(jì)算確定晶體的化學(xué)式：__________（寫出計(jì)算過(guò)程）。誤差分析與實(shí)驗(yàn)改進(jìn)（3）步驟Ⅲ中加入KI前需加入少量Zn粉，目的是__________。若未加Zn粉，測(cè)得的Fe3?含量會(huì)__________（填“偏高”“偏低”或“無(wú)影響”）。（二）硫代硫酸鈉與酸反應(yīng)速率的影響因素某小組探究0.1mol/LNa?S?O?溶液與0.1mol/LH?SO?溶液反應(yīng)的速率影響因素，實(shí)驗(yàn)方案如下：實(shí)驗(yàn)編號(hào)溫度/℃V(Na?S?O?)/mLV(H?SO?)/mLV(H?O)/mL出現(xiàn)渾濁時(shí)間/s①251055t?②351055t?③2510100t?已知：S?O?2?+2H?=S↓+SO?↑+H?O問(wèn)題：9.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)論（1）實(shí)驗(yàn)①和②探究的是__________對(duì)反應(yīng)速率的影響，預(yù)期t?__________t?（填“>”“<”或“=”）。（2）實(shí)驗(yàn)①和③的結(jié)論是__________，用碰撞理論解釋原因：__________。數(shù)據(jù)處理與誤差（3）若實(shí)驗(yàn)③中先將H?SO?與H?O混合，再加入Na?S?O?溶液，測(cè)得的反應(yīng)時(shí)間t?會(huì)__________（填“變長(zhǎng)”“變短”或“不變”），原因是__________。三、綜合應(yīng)用題（一）海水提溴與資源循環(huán)工業(yè)上從海水中提取溴的流程如下：graphTDA[海水]-->|酸化|B[Cl?氧化:Br?→Br?]B-->|空氣吹出|C[含Br?的空氣]C-->|SO?吸收|D[溶液:Br?、HSO??]D-->|Cl?再氧化|E[Br?單質(zhì)]問(wèn)題：11.反應(yīng)原理與綠色化學(xué)（1）寫出SO?吸收Br?的離子方程式：，該步驟的優(yōu)點(diǎn)是。（2）若處理1m3海水（含Br?60mg/L），理論上需消耗Cl?的體積（標(biāo)準(zhǔn)狀況）為_(kāi)_________L（保留兩位小數(shù)）。（二）新型儲(chǔ)能電池的工作原理全釩液流電池是一種高效儲(chǔ)能裝置，其工作原理為：VO??+V2?+2H??VO2?+V3?+H?O（放電時(shí)VO??→VO2?，V2?→V3?）問(wèn)題：12.電極反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化（3）放電時(shí)，正極的電極反應(yīng)式為_(kāi)_________，充電時(shí)，陰極附近溶液的pH__________（填“增大”“減小”或“不變”）。（4）若電池中轉(zhuǎn)移0.5mol電子，理論上消耗H?的物質(zhì)的量為_(kāi)_________mol，負(fù)極區(qū)溶液質(zhì)量變化為_(kāi)_________g（忽略氣體生成）。參考答案與解析思路一、工業(yè)流程綜合題（1）2Al+2NaOH+2H?O=2NaAlO?+3H?↑；加快反應(yīng)速率，促進(jìn)Al的溶解（2）Ksp[Al(OH)?]=c(Al3?)·c3(OH?)=10??×(10?1)3=1×10??（3）LiFePO?+4H?=Li?+Fe2?+H?PO?；Cl?可能被氧化為Cl?污染環(huán)境（4）2Fe2?+H?O?+2H?=2Fe3?+2H?O；確保Fe2?完全氧化為Fe3?（5）Fe3?完全沉淀時(shí)c(OH?)=3√(Ksp/10??)=3√(2.8×10?3?/10??)=3√2.8×10?12≈1.4×10??mol/L，pH≈10.1；Li?不沉淀，需控制pH<12（LiOH的Ksp≈6.3×10?1?）（6）草酸鐵易溶于酸，沉淀不完全，導(dǎo)致Fe3?損失（7）80℃時(shí)Li?CO?溶解度更小，沉淀更完全，減少Li?損失二、實(shí)驗(yàn)探究題（1）2MnO??+5C?O?2?+16H?=2Mn2?+10CO?↑+8H?O；偏高（2）n(C?O?2?)=0.1000×12×10?3×5/2×10=0.03mol，n(Fe3?)=0.2000×15×10?3×10=0.03mol，n(K?)=0.03mol（電荷守恒），n(H?O)=(5.000-4.460)/18=0.03mol，化學(xué)式為K?[Fe(C?O?)?]·3H?O（1）溫度；>（2）其他條件相同時(shí)，H?濃度增大，反應(yīng)速率加快；H?濃度增大，活化分子百分?jǐn)?shù)增加，有效碰撞頻率提高三、綜合應(yīng)用題（1）Br?+SO?+2H?O=4H?+2Br?+SO?2?；富集溴元素，減少Cl?用量（2）n(Br?)=60×10?3g/L×1000L÷80g/mol=0.75mol，n(Cl?)=0.375mol，V=0.375×22.4=8.40L（3）VO??+2H?+e?=VO2?+H?O；增大（陰極反應(yīng)：