高中 | 氧化还原反应方程式的书写及配平 题目答案及解析

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必修一

第二章 化学物质及其变化

第三节 氧化还原反应

氧化还原反应方程式的书写及配平

新能源汽车发展迅速,其中比亚迪公司的刀片电池极大提高了汽车的续航里程。该电池使用的磷酸铁锂可使用硫铁矿烧渣$\rm ($主要成分是$\text{F}{{\text{e}}_{2}}{{\text{O}}_{3}}$,含少量$\text{Si}{{\text{O}}_{2}}$$\text{A}{{\text{l}}_{2}}{{\text{O}}_{3}}$$\rm CaO)$为原料,通过以下工艺制备:

  

写出${{\text{H}}_{2}}{{\text{O}}_{2}}$的电子式:                ,滤渣$\rm 2$的主要成分为                $\rm ($填化学式$\rm )$

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$\\rm Al(OH)_{3}$

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$\rm H_{2}O_{2}$的电子式为  ,根据分析可知,滤渣$\rm 2$的主要成分为$\rm Al(OH)_{3}$

“酸浸”需要控制温度为$\rm 65\sim 80\;\rm ^\circ\rm C$,原因是                

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温度较高,可以加快反应速率

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“酸浸”需要控制温度为$\rm 65\sim 80\;\rm ^\circ\rm C$,原因是温度较高,可以加快反应速率。

“沉铁”步骤反应的离子方程式为                

[["

$\\text{2F}\\text{e}^{\\text{2+}}+\\text{H}_{\\text{2}}\\text{O}_{\\text{2}}+\\text{2H}_{\\text{3}}\\text{P}\\text{O}_{\\text{4}}=\\text{2FeP}\\text{O}_{\\text{4}}\\downarrow+\\text{2}\\text{H}_{\\text{2}}\\text{O}+\\text{4}\\text{H}^{+}$

"]]

根据分析,结合化合价升降守恒、原子守恒、电荷守恒,可得“沉铁”步骤反应的离子方程式为:$\text{2F}\text{e}^{\text{2+}}+\text{H}_{\text{2}}\text{O}_{\text{2}}+\text{2H}_{\text{3}}\text{P}\text{O}_{\text{4}}=\text{2FeP}\text{O}_{\text{4}}\downarrow+\text{2}\text{H}_{\text{2}}\text{O}+\text{4}\text{H}^{+}$

若“滤液$\rm 2$”中$c\left( \text{C}{{\text{a}}^{2+}} \right)=0.002\;\rm mol/L$,加入双氧水和磷酸后,溶液的体积增加了一倍,使$\text{F}{{\text{e}}^{3+}}$恰好完全沉淀即溶液中$c\left( \text{F}{{\text{e}}^{3+}} \right)=1.0\times {{10}^{-5}}$ $\rm mol/L$,此时“沉铁”得到的$\text{FeP}{{\text{O}}_{4}}$沉淀中                $\rm ($选填“含有”或“不含有”$\rm )$含钙杂质。已知:${{K}_{\text{sp}}}\left( \text{FeP}{{\text{O}}_{4}} \right)=1.3\times {{10}^{-22}}$${{K}_{\text{sp}}}\left[ \text{C}{{\text{a}}_{3}}{{\left( \text{P}{{\text{O}}_{4}} \right)}_{2}} \right]=1.6\times {{10}^{-26}}$

[["

不含有

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“滤液$\rm 2$”中$c\rm (Ca^{2+})=0.002\;\rm mol/L$,加入双氧水和磷酸后,溶液的体积增加了一倍,则$c\rm (Ca^{2+})=0.001\;\rm mol/L$,使$\rm Fe^{3+}$恰好完全沉淀即溶液中$ c\rm (Fe^{3+})=1.0\times 10^{-5}\;\rm mol/L$,则${c\rm (PO}_{4}^{3-}{)}=\dfrac{{{{K}}_{\rm {sp}}}\left(\rm {FeP}{{{O}}_{{4}}} \right)}{{c\rm (F}{{\rm {e}}^{{3}}}{)}}=\dfrac{{1}{.3}\times {1}{{{0}}^{{-22}}}}{{1}{.0}\times {1}{{{0}}^{{-5}}}}={1}{.3}\times {1}{{{0}}^{{-17}}}\;\rm mol/L$,则$ Q_{\rm c}={{{c}}^{{3}}}{\rm (C}{{\rm {a}}^{{2}}}{)}\times {{{c}}^{{2}}}{\rm (PO}_{4}^{3-}{)}={{{(0}{.001)}}^{{3}}}\times {{{(1}{.3}\times {1}{{{0}}^{{-17}}}{)}}^{{2}}}={1}{.69}\times {1}{{{0}}^{{-43}}}\lt {K_{\rm sp }}[{ \rm C}{{\rm {a}}_{{3}}}{{{\rm (P}{\rm {{O}}_{{4}}}{)}}_{{2}}}{ }]={1}{.6}\times {1}{{{0}}^{{-26}}}$,所以此时“沉铁”得到的$\rm FePO_{4}$沉淀中不含有含钙杂质。

为提高原料利用率,“滤液$\rm 3$”可返回                步骤。

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酸浸

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根据($3$)中离子方程式可知,滤液$\rm 3$的主要成分含有硫酸,为提高原料利用率,“滤液$\rm 3$”可返回酸浸步骤,从而提高硫酸的利用率。

磷酸铁锂电池是环保型电池,电池总反应的总反应为$\text{FeP}{{\text{O}}_{\text{4}}}\text{+L}{{\text{i}}_{ {x}}}{{\text{C}}_{\text{6}}}\text{=L}{{\text{i}}_{ {x}}}\text{FeP}{{\text{O}}_{\text{4}}}+{{\text{C}}_{6}}$。某石墨嵌入化合物$\rm ($锂元素嵌入石墨的两层间$\rm )$的平面结构如下图,则$\text{L}{{\text{i}}_{ {x}}}{{\text{C}}_{\text{6}}}$$x=$                

  

用该电池电解精炼铜,当电池负极质量改变$\rm 10.5$ $\rm g$时,得到精铜$\rm 38.4$ $\rm g$,则电子利用率为                $\rm \%$

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$\\rm 0.5$$\\rm 80$

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石墨嵌入化合物(锂元素嵌入石墨的两层间)的平面结构图为  ,由图可知,每个$\rm Li$周围有$\rm 6$个环,即每个环均摊$\dfrac{1}{6}$$\rm Li$,每个环周围的$\rm Li$$\rm 3$个,即每个环拥有$\dfrac{1}{6}\times 3=\dfrac{1}{2}$$\rm Li$,每个环含有$\rm 6$$\rm C$原子,所以${\rm Li}_x\rm C_{6}$中的$ x=0.5$,该电池总反应为$\text{FeP}{{\text{O}}_{\text{4}}}\text{+L}{{\text{i}}_{ {x}}}{{\text{C}}_{\text{6}}}\text{=L}{{\text{i}}_{ {x}}}\text{FeP}{{\text{O}}_{\text{4}}}+{{\text{C}}_{6}}$,则负极反应为:$\rm Li_{0.5}C_{6}-0.5e^{-}=0.5\;\rm L\;\rm i^{+}+6C$,用该电池电解精炼铜,当电池负极质量改变$\rm 10.5\;\rm g$时,失去电子为:$\dfrac{\text{10}\text{.5 g}}{\text{7 g/mol}}=\text{1}\text{.5 mol}$,根据电极反应式:$\rm Cu^{2+}+2e^{-}=Cu$,理论上可以得到$\rm Cu$的质量为$\dfrac{64\times 1.5}{2}\text{ g}=48\text{ g}$,实际得到精铜$\rm 38.4\;\rm g$,则电子利用率为$\dfrac{38.4}{48}\times 100\%=80\%$

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