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2026全国版高考化学突破练
热点培优专练17　化学工艺流程题
1.(14分)(2026·广东八校联考)电池级碳酸锂是制造LiCoO2等锂离子电池必不可少的原材料。以锂云母浸出液(含Li+、Fe3+、Mg2+、S等)为原料制取电池级Li2CO3的工艺流程如图:
已知:①HR为有机萃取剂,难溶于水,可萃取Fe3+,萃取时发生的反应可表示为Fe3++3HRFeR3+3H+;②常温时,1 mol·L-1LiOH溶液的pH=14。
回答下列问题:
(1)“有机层”的主要成分为　　　　　　　　　　(填化学式,下同);“滤渣1”中含有的物质为　　　　　　　;使用HR萃取剂时,需加入一定量的NaOH进行处理,其目的是　　　　　　　　　　　 　。
(2)某种HR的结构简式为,该分子中可能与Fe3+形成配位键的原子有　　　　　　　。
(3)加适量草酸的目的是　　　　　　　　　　　。
(4)“混合沉锂”的离子方程式为 　　　　　　　　　　　。
(5)Li2CO3与Co3O4在空气中加热可以制备重要的电极材料钴酸锂(LiCoO2)。写出对应的化学方程式: 　　　　　　　　　　　。
(6)钴酸锂(LiCoO2)是常见的锂离子电池正极材料,其晶胞结构示意图如下图所示,各离子位于晶胞的顶点、棱和体内。
①基态Co原子核外电子排布式为　　　　　　　　　　　。
②该晶体密度为　　　　　　　 g·cm-3。(写出计算式,阿伏加德罗常数的值为NA)
2.(14分)(2025·北京石景山区一模)以废钴酸锂正极材料(主要含LiCoO2和Al)和废磷酸亚铁锂正极材料(主要含LiFePO4和Al)为原料联合提取钴和锂的一种流程示意图如下。
已知:ⅰ.Al与强碱反应时,铝元素转化为[Al(OH)4]-。
ⅱ.酸性条件下,LiCoO2氧化性比H2O2强,LiCoO2被还原为Co2+。
ⅲ.固体B和固体C按n(LiFePO4)∶n(LiCoO2)=1.1∶1配料。
ⅳ.FePO4、Co3(PO4)2的溶度积分别为1.3×10-22、2.0×10-35。
ⅴ.P507是一种萃取剂,可用于钴、镍等金属的提取与分离。
(1)LiCoO2中Co元素的化合价为　　　　价。
(2)用NaOH溶液处理原料时,反应的离子方程式是 　　　　　　　　　　　。
(3)相同条件下,FePO4和Co3(PO4)2沉淀趋势随pH的变化如下图所示。
①写出硫酸浸出时反应的化学方程式: 　 　　　　　　　　　　。
②混合液调pH≈1.8的原因: 　　　　　　　　　　　。
③混合液c(Fe3+)=1×10-5 mol·L-1时,c(Co2+)　　　(填“>”或“<”)1 mol·L-1。
(4)有机相用硫酸反萃取,分液后得到CoSO4溶液,加入NH4HCO3溶液沉钴。写出“沉钴”反应的离子方程式: 　　　　　　　　　　　。
(5)理论上,和LiFePO4反应的H2O2与固体B中的LiFePO4物质的量之比是　　　　　。
(6)分析联合提取钴和锂的优势: 　　　　　　　　　　　。
3.(12分)(2026·北京人大附中质检)以菱锰矿(主要成分为MnCO3、CaCO3、MgCO3、SiO2和少量FeCO3等)为原料提纯MnCO3的一种流程示意图如下。
已知:ⅰ.浸出渣C的主要成分为SiO2、CaCO3、Fe2O3。
ⅱ.常温时,部分物质的Ksp如下表所示:
物质 MnCO3 Mn(OH)2 MgCO3 Mg(OH)2
Ksp 1.8×10-11 1.9×10-13 6.8×10-6 5.6×10-12
ⅲ.1 mol·L-1的NH4HCO3溶液pH≈8,c(C)≈3.3×10-3 mol·L-1。
(1)将菱锰矿“研磨”的目的是 　　　　　　　　　　　。
(2)写出MnCO3在“氯化焙烧”过程发生反应的化学方程式: 　　　　　　　　　　　。
(3)用1 mol·L-1的NH4HCO3溶液“沉锰”时浸出液pH对产品中锰元素的质量分数和锰的回收率的影响如下图。
注:锰的回收率=×100%
①“沉锰”反应的离子方程式是 　　　　　　　　　　　。
②分析浸出液pH=8时,MnCO3产品中存在的杂质可能是　　　　　　　(写化学式)。
(4)该流程中可以循环利用的物质有　　　　　　(写化学式)。
(5)检测产品中锰元素的质量分数,取a g MnCO3产品溶于硫酸和磷酸的混合溶液中,配制成100 mL溶液,取10 mL加入稍过量的NH4NO3溶液,使Mn2+氧化为[Mn(PO4)2]3-。待充分反应后,加热使NH4NO3分解。冷却后用b mol·L-1 (NH4)2Fe(SO4)2标准液滴定,消耗c mL (NH4)2Fe(SO4)2溶液。
①产品中锰元素的质量分数为　　　　　　。
②若未充分加热,则会使测定结果　　　　　(填“偏大”“偏小”或“不受影响”)。
参考答案
高考热点培优专练17
1.(1)FeR3和HR　Li2CO3、MgCO3　消耗萃取反应时生成的H+,促进萃取反应的正向进行,提高萃取率
(2)O、N
(3)使钙离子生成草酸钙,便于除掉
(4)2Li++HC+OH-H2O+Li2CO3↓
(5)6Li2CO3+4Co3O4+O212LiCoO2+6CO2
(6)①[Ar]3d74s2　②
解析 (1)根据Fe3++3HRFeR3+3H+平衡可知,有机层中主要是FeR3和HR,根据流程可知“滤渣1”主要是碳酸锂和碳酸镁。加入氢氧化钠后氢离子会被消耗,从而使平衡正向移动。(2)从结构可知氧原子、氮原子都有孤电子对,故能形成配位键的是N、O。
(3)加入草酸的目的是沉淀多余的钙离子。
(4)从流程可知是碳酸氢锂和氢氧化锂反应生成了碳酸锂。
(5)钴元素部分被氧化,所以有氧气参加反应。
(6)Co为第四周期第Ⅷ族元素,其核外电子排布式为
[Ar]3d74s2,该晶胞中Li+:8×+2=3、Co3+:4×+2=3、O2-:8×+4=6,其晶胞化学式为Li3Co3O6,故其密度为ρ= g·cm-3= g·cm-3。
2.(1)+3
(2)2Al+2OH-+6H2O2[Al(OH)4]-+3H2↑
(3)①LiFePO4+LiCoO2+2H2SO4FePO4+CoSO4+Li2SO4+2H2O　②pH≈1.8时,铁元素主要以FePO4的形式存在,钴元素主要以Co2+的形式存在,有利于钴元素和铁元素的分离　③<
(4)Co2++2HCCoCO3↓+H2O+CO2↑
(5)1∶22
(6)减少双氧水的用量;使锂、钴同时转化为目标产物
解析 (1)LiCoO2中锂元素化合价为+1价,氧元素化合价为-2价,计算得到Co元素的化合价为+3价。
(2)用NaOH溶液处理原料时,Al与NaOH溶液反应,离子方程式为2Al+2OH-+6H2O2[Al(OH)4]-+3H2↑。
(3)①固体B中主要是LiFePO4,固体C主要是LiCoO2,硫酸浸出时反应的化学方程式为LiFePO4+LiCoO2+2H2SO4FePO4+CoSO4+Li2SO4+2H2O。
②pH≈1.8时,铁元素主要以FePO4的形式存在,钴元素主要以Co2+的形式存在,有利于钴元素和铁元素的分离。
③混合液c(Fe3+)=1×10-5 mol·L-1时,Ksp(FePO4)=c(Fe3+)·c(P)=1.3×10-22,c(P)= mol·L-1=1.3×10-17 mol·L-1,Ksp[Co3(PO4)2]=c3(Co2+)·c2(P)=2.0×10-35,则c(Co2+)= mol·L-1<1 mol·L-1。
(4)有机相用硫酸反萃取,分液后得到CoSO4溶液,加入NH4HCO3溶液沉钴,“沉钴”反应的离子方程式为Co2++2HCCoCO3↓+H2O+CO2↑。
(5)已知固体B和固体C按n(LiFePO4)∶n(LiCoO2)=1.1∶1配料,设n(LiFePO4)=1.1 mol,n(LiCoO2)=1 mol,根据化学方程式可得关系式:LiFePO4~LiCoO2,余0.1 mol LiFePO4继续被H2O2氧化,根据得失电子守恒,n(LiFePO4)∶n(H2O2)=2∶1,则消耗0.05 mol H2O2,故理论上和LiFePO4反应的H2O2与固体B中的LiFePO4物质的量之比是0.05∶1.1=1∶22。
3.(1)增大接触面积,加快反应速率,使反应充分进行
(2)MnCO3+2NH4ClMnCl2+H2O+CO2↑+2NH3↑
(3)①Mn2++2HCMnCO3↓+H2O+CO2↑　②MgCO3
(4)CO2、NH3、NH4Cl
(5)①×100%　②偏大
解析 菱锰矿(主要成分为MnCO3、CaCO3、MgCO3、SiO2和少量FeCO3等)研磨后与氯化铵固体氧化焙烧,尾气为NH3和CO2,固体A加水浸锰,浸出渣C的主要成分为SiO2、CaCO3、Fe2O3,浸出液B主要为氯化锰与氯化镁,加入碳酸氢铵沉锰,得到碳酸锰,滤液D为NH4Cl,气体E为CO2。
(3)②根据题中各沉淀的Ksp数据可知,形成MgCO3沉淀时,c(Mg2+)= mol·L-1≈2×10-3 mol·L-1;同理可得,形成MnCO3沉淀时,c(Mn2+)= mol·L-1≈5×10-9 mol·L-1;形成Mn(OH)2沉淀时,c(Mn2+)= mol·L-1≈1.9×10-1 mol·L-1;形成Mg(OH)2沉淀时,c(Mg2+)= mol·L-1≈5.6 mol·L-1;沉淀时所需的浓度越小,越易形成,MnCO3产品中存在的杂质可能是MgCO3。
(5)①NH4NO3溶液使Mn2+氧化为[Mn(PO4)2]3-,(NH4)2Fe(SO4)2溶液又能将[Mn(PO4)2]3-还原为Mn2+,则10 mL溶液中n(Mn2+)=n{[Mn(PO4)2]3-}=bc×10-3mol,m(Mn)=bc×10-3mol×55 g·mol-1=0.055bc g,则100 mL溶液中锰元素的质量分数为×100%=×100%。
②若未充分加热,过量的NH4NO3溶液会消耗
(NH4)2Fe(SO4)2标准液,使得标准液体积偏大,锰元素的质量分数偏大。
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