锰酸锂(LiMn2O4)是锂电池的正极材料，以软锰矿为原料，生产锰酸锂的流程如下：已知：①软锰矿的成分如下：成分MnO2Fe2O3CaOSiO2其他不反应杂质质量分数69.6%7.6%5.6%9.0%8.2%②K2MnO4在强碱性溶液(pH大于13.5)中稳定，在酸性、中性和弱碱性环境中会发生歧化反应生成和MnO2。③苯胺(C6H5NH2)还原性较强，在该条件下可被氧化为硝基苯(C6H5NO2)。④锰酸锂为灰黑色粉末，离子化合物，易溶于水，难溶于无水乙醇。

1. 锰酸锂(LiMn₂O₄)是锂电池的正极材料，以软锰矿为原料，生产锰酸锂的流程如下：

已知：

①软锰矿的成分如下：

成分	MnO₂	Fe₂O₃	CaO	SiO₂	其他不反应杂质
质量分数	69.6%	7.6%	5.6%	9.0%	8.2%

②K₂MnO₄在强碱性溶液(pH大于13.5)中稳定，在酸性、中性和弱碱性环境中会发生歧化反应生成 $\text{[math]}$ 和MnO₂。

③苯胺(C₆H₅NH₂)还原性较强，在该条件下可被氧化为硝基苯(C₆H₅NO₂)。

④锰酸锂为灰黑色粉末，离子化合物，易溶于水，难溶于无水乙醇。

(1) “氧压浸出”的浸出温度为260℃，并维持500r/min的速率搅拌，此时发生的氧化还原反应的化学方程式为。

(2) “加热溶解”和“除杂”时均要严格控制溶液pH的原因是，“除杂”中加入CaO后，需要适当加热并搅拌的目的是，若此时溶液中c( $\text{[math]}$ )=2.5mol/L，则1m³溶液中理论上需要加入的CaO的质量为kg。

(3) “一系列的操作”是将所得溶液加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，其中洗涤的试剂最好选用___________。 A. 冷水 B. 热水 C. 95%的乙醇溶液 D. LiOH溶液

(4) 纯度的测定：取0.5800g锰酸锂[Mr(LiMn₂O₄)=181]样品与稀硝酸和双氧水反应，将Mn元素完全转化为Mn²⁺ ，除去过量的双氧水，调节pH，滴加指示剂，用浓度为0.3000mol/L的EDTA标准溶液滴定，终点时消耗EDTA标准溶液20.00mL(Mn²⁺与EDTA反应的化学计量数之比为1：1)

①若反应时，N元素的化合价不变，则锰酸锂与稀硝酸和双氧水反应的离子方程式为。

②样品中锰酸锂的纯度为%(保留两位有效数字)。

【考点】

物质的分离与提纯; 制备实验方案的设计; 离子方程式的书写;

【答案】

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流程题普通

1. 某工厂利用黄铁矿( $\text{[math]}$ )和电解金属锰后的阳极渣(主要成分 $\text{[math]}$ ，杂质为 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 元素的化合物)为原料制备高性能磁性材料 $\text{[math]}$ 的Ⅰ工艺流程如下：

回答下列问题：

(1) $\text{[math]}$ 中硫元素化合价为，滤渣1的成分除了 $\text{[math]}$ 还有。

(2) 写出任意一种加快酸浸速率的措施，“除铁、铜”过程中加入 $\text{[math]}$ 的目的是。

(3) 请结合平衡移动原理解释“除钙”时溶液酸度不宜过高，否则溶液中 $\text{[math]}$ 沉淀不完全的原因是：。

(4) “沉锰”时发生反应的离子方程式为：。“沉锰”时需缓慢向含 $\text{[math]}$ 的溶液中滴加 $\text{[math]}$ ，否则会发生反应 $\text{[math]}$ 而生成 $\text{[math]}$ ，该反应的平衡常数 $\text{[math]}$ (保留一位小数，已知： $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ )。

(5) 用惰性电极电解酸性 $\text{[math]}$ 溶液还可制备 $\text{[math]}$ ，其阳极反应式为。

流程题困难

2. 钛白粉(TiO₂)是一种染料及颜料，广泛用于油漆、塑料、造纸等行业。以钛铁矿(主要成分是FeTiO₃ ，含Fe₂O₃、CaO、SiO₂等杂质)为原料制备钛白粉并回收绿矾(FeSO₄⋅7H₂O)，工艺流程如下：

已知有关钛的转化反应如下：

ⅰ． $\text{[math]}$ ；

ⅱ． $\text{[math]}$ ；

ⅲ． $\text{[math]}$ 。

回答下列问题：

(1) “滤渣1”的主要成分是(填化学式)。“水浸”中，正确的操作是(填序号)。

①向水中加入“酸溶”混合物②向“酸溶”混合物中加入水

(2) 用离子方程式表示铁屑的主要作用：。

(3) “滤液b”经处理可循环用于(填名称)工艺，提高原料利用率。

(4) 测定TiO₂样品纯度。

步骤1：精确称取wg样品放入锥形瓶中，一定条件下，将TiO₂溶解并还原为Ti³⁺。

步骤2：用NH₄SCN溶液作指示剂，用cmol⋅L^-1NH₄Fe(SO₄)₂标准溶液滴定至终点，平行实验三次，平均消耗滴定液VmL。滴定反应：Ti³⁺+Fe³⁺+2H₂O=TiO₂↓+Fe²⁺+4H⁺。

①在滴定接近终点时，使用“半滴操作”可提高测量的准确度。其方法是将滴定管旋塞稍稍转动，使半滴溶液悬于尖嘴口，用锥形瓶内壁将半滴溶液沾落，(补充操作)，继续摇动锥形瓶，观察颜色变化。

②该样品中TiO₂的质量分数为%。

(5) 工业上，采用钛酸四乙酯 $\text{[math]}$ 水解制备TiO₂薄膜，写出反应的化学方程式：。

(6) TiO₂晶胞如图所示。位于晶胞体心和顶点的原子是(填“钛”或“氧”)。

流程题普通

3. 蛇纹石矿的主要成分为 $\text{[math]}$ 等，一种综合利用蛇纹石矿回收镁资源的工艺流程如下：

已知：

①当溶液中被沉淀离子 $\text{[math]}$ 时，认为该离子沉淀完全。

② $\text{[math]}$ ，氢硫酸的两步电离常数分别为 $\text{[math]}$ 。

(1) $\text{[math]}$ 位于元素周期表第周期第族，其原子核外价层电子排布式为。

(2) “加压酸浸”中，滤渣1的主要成分除S外还有。

(3) “氧化”中空气的作用是， $\text{[math]}$ 发生反应的离子方程式为。

(4) “除铁”过程中生成难溶于水的、大颗粒、沉降速率快的黄钠铁矾 $\text{[math]}$ 晶体，相较于传统的通过调节 $\text{[math]}$ 生成 $\text{[math]}$ 沉淀，其它金属阳离子损失更少，理由是， $\text{[math]}$ 溶液需缓慢加入，原因是。

(5) “沉镍”中，当 $\text{[math]}$ 恰好完全沉淀时，若溶液中 $\text{[math]}$ ，则此时溶液的 $\text{[math]}$ 约为。

流程题困难