【高考化学】微专题25化学工艺流程题原料的预处理-备战高考化学考点微专题（解析版）
【高考化学】微专题25化学工艺流程题原料的预处理-备战高考化学考点微专题（解析版）
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【高考化学】微专题25化学工艺流程题原料的预处理-备战高考化学考点微专题（解析版）
微专题25化学工艺流程题
微专题25化学工艺流程题原料的预处理
1.(2０23·全国·统考高考真题）LiMn２Ｏ4作为一种新型锂电池正极材料受到广泛关注.由菱锰矿（MｎCO3，含有少量Ｓi、Fe、Ni、Al等元素)制备ＬiＭn2O4的流程如下：
预处理
预处理
已知：Ｋsｐ［Fｅ(OH）3］=２.８×1０－39，Ｋsp[Al(OH）3]=1.3×10—33，Ｋsp[Ni(ＯＨ)2]＝5．5×10—16。
回答下列问题：
（1）硫酸溶矿主要反应的化学方程式为。为提高溶矿速率，可采取的措施（举1例）.
（２)加入少量MｎO２的作用是.不宜使用H2Ｏ2替代MnO2，原因是。
（3)溶矿反应完成后，反应器中溶液pH=4，此时ｃ（Fe3+）＝mｏｌ·L-1；用石灰乳调节至pH≈7,除去的金属离子是.
（４)加入少量ＢａS溶液除去Ni2+,生成的沉淀有。
（5）在电解槽中，发生电解反应的离子方程式为。随着电解反应进行，为保持电解液成分稳定，应不断。电解废液可在反应器中循环利用。
（6）煅烧窑中，生成LiＭn2O4反应的化学方程式是.
【答案】(１）MｎCO3+H２SO4=MｎＳO４+H2Ｏ＋CＯ２↑粉碎菱锰矿
(2）将Fe2+氧化为Fe3+Ｆｅ３+可以催化Ｈ２O2分解
（３)2．8×１0—９Aｌ3+
（4）BaSO4、ＮiS
(５）Mn2++2Ｈ2OH2↑+MｎO2↓＋2H＋加入Mn(OH）2
(６)２Lｉ2CＯ3+8MｎO2４LiMn2O4＋2ＣO2↑+O２↑
【解析】根据题给的流程,将菱锰矿置于反应器中，加入硫酸和MnO2,可将固体溶解为离子,将杂质中的Fe、Nｉ、Al等元素物质也转化为其离子形式，同时，加入的ＭnO２可以将溶液中的Fe２+氧化为Fｅ3+；随后将溶液pH调至制约等于7,此时,根据已知条件给出的三种氢氧化物的溶度积可以将溶液中的Ａl3＋沉淀出来；随后加入ＢaS，可以将溶液中的Ni２+沉淀,得到相应的滤渣；后溶液中含有大量的Mn２+，将此溶液置于电解槽中电解，得到MnO2,将MnO2与碳酸锂共同煅烧得到最终产物ＬｉMn2O4。
(1）菱锰矿中主要含有MｎCO3，加入硫酸后可以与其反应,硫酸溶矿主要反应的化学方程式为：MｎCO3+H２ＳO4=ＭnSO4+H2Ｏ＋ＣO２↑;为提高溶矿速率，可以将菱锰矿粉碎;故答案为：MnCO３+H2SO4=MｎSO４+H2O+CO2↑、粉碎菱锰矿。
（2）根据分析,加入MnＯ２的作用是将酸溶后溶液中含有的Ｆｅ2＋氧化为Fe3+,但不宜使用H2O２氧化Fe２+,因为氧化后生成的Fe3+可以催化H2O2分解，不能使溶液中的Ｆe2+全部氧化为Fｅ3+;故答案为:将Fｅ2＋氧化为Fe３+、Fe3+可以催化Ｈ２O2分解。
（3）溶矿完成以后，反应器中溶液ｐH=4,此时溶液中c(OＨ—）＝１.0×1０-1０moｌ·Ｌ-１,此时体系中含有的c(Fe3＋）==2。8×10—9mol·L-1，这时,溶液中的ｃ(Fe3+)小于1.0×１０－5，认为Ｆe3+已经沉淀完全;用石灰乳调节至pＨ≈7，这时溶液中c（OH—)=１.０×1０—7mol·L－1,溶液中c(Aｌ3＋）=１。3×１0—１2mｏl·L—１，c（Ni２+)＝5．5×1０—4mｏｌ·L－1,c（Ａｌ3+）小于１.0×10-5，Al3+沉淀完全,这一阶段除去的金属离子是Aｌ３+；故答案为：2.8×10—9、Aｌ3+。
（4）加入少量BａＳ溶液除去Ｎi２＋，此时溶液中发生的离子方程式为Ba2++S2—+Ni２＋+SO=BａSO4↓＋NiＳ↓，生成的沉淀有BaSO4、ＮｉS。
（５）在电解槽中，Mn2+发生反应生成MnO２,反应的离子方程式为Mn2＋＋２Ｈ２ＯH2↑+MnO2↓＋2Ｈ+;电解时电解液中Ｍｎ2+大量减少，H+大量增加,需要加入Mｎ(OH）2以保持电解液成分的稳定;故答案为：
Mｎ２++2H2OH2↑+MｎO2↓+２H＋、加入Mｎ（OH）2。
（６）煅烧窑中MnO2与Li2CＯ3发生反应生成LiMn2O４，反应的化学方程式为2Li2CＯ３＋8MnO２4LiMn2O４+2ＣO2↑+O2↑；故答案为:2Li2CO３+8MnO24LｉMn2O4+2CO2↑+Ｏ2↑。
一、化工流程答题基本思路
二、一个完整的无机化工生产流程一般具有下列过程：
原料
原料
对原料的预处理
核心化学反应
产品的提纯