高中 | 能量最低原理 泡利原理 洪特规则 题目答案及解析

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选修三

第一章 原子结构与性质

第一节 原子结构

能量最低原理 泡利原理 洪特规则

废旧钴酸锂电池负极材料含碳单质,正极材料主要成分为$\rm LiCoO_{2}$、并含少量$\rm Ni$$\rm Cu$$\rm Fe$等金属元素,未经处理随意丢弃容易导致污染,回收利用可以变废为宝。一种利用废旧锂离子电池正极材料回收锂和钴的工艺流程如下:

已知:①$\rm Co^{3+}$具有强氧化性,能将水中的$\text{C}{{\text{l}}^{-}}$氧化成$\text{C}{{\text{l}}_{\text{2}}}$

②常温下,有关金属离子形成氢氧化物沉淀的相关$\text{pH}$见下表:

离子$\rm Co^{2+}$$\rm Ni^{2+}$$\rm Fe^{2+}$$\rm Fe^{3+}$$\rm Cu^{2+}$
开始沉淀时的$\rm pH$$\rm 6.7$$\rm 6.8$$\rm 6.2$$\rm 1.9$$\rm 4.4$
沉淀完全时的$\rm pH$$\rm 9.3$$\rm 8.8$$\rm 8.3$$\rm 3.3$$\rm 6.5$

某激发态$\rm Li$原子的电子排布式为$\rm 1s^{1}2s^{1}2p^{1}$,该原子最高能级的电子可能有                种运动状态,该原子的电子排布违背了                

$\rm A$.能量最低原理          $\rm B$.泡利不相容原理          $\rm C$.洪特规则

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$\\rm 6$$\\rm A$

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激发态$\rm Li$原子的最高能级电子在$\rm 2p$能级,该能级有$\rm 3$个原子轨道,每个轨道可容纳两个自旋方向相反的电子,故该原子最高能级的电子可能有$\rm 6$种运动状态;该排布不是基态,显然违背了“能量最低原理”。

酸浸过程中,$\text{S}{{\text{O}}_{\text{2}}}$的作用是                。废旧电池“放电处理”有利于该工艺$\text{Li}$的回收,其原因是                

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$\\text{C}{{\\text{o}}^{\\text{3+}}}$还原为$\\text{C}{{\\text{o}}^{\\text{2+}}}$ ; 放电有利于$\\rm Li^{+}$从负极经电解液进入正极材料中

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$\rm LiCoO_{2}$$\rm Co$的化合价为$\rm +3$价,酸浸后变成$\rm +2$价,是$\text{S}{{\text{O}}_{2}}$将其还原了。根据锂离子电池放电反应为$\text{L}{{\text{i}}_{1-x}}\text{Co}{{\text{O}}_{2}}+\text{L}{{\text{i}}_{x}}\text{C}=\text{LiCo}{{\text{O}}_{\text{2}}}+\text{C}$可知,放电时,正极反应为:$\text{L}{{\text{i}}_{1-x}}\text{Co}{{\text{O}}_{2}}+x\text{L}{{\text{i}}^{+}}+x{{\text{e}}^{-}}=\text{LiCo}{{\text{O}}_{\text{2}}}$,放电有利于锂离子尽快转移到正极,有利于锂的回收。

加入适量$\text{NaClO}$溶液后测得溶液$\text{pH}$$\rm 1.8$,用离子方程式表示加入$\text{NaClO}$溶液的作用                。化合物$\rm M$的作用是调节$\text{pH}$,应将$\text{pH}$调节到                的范围内。

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$\\text{2F}{{\\text{e}}^{\\text{2+}}}\\text{+Cl}{{\\text{O}}^{-}}\\text{+2}{{\\text{H}}^{+}}\\text{=2F}{{\\text{e}}^{\\text{3+}}}\\text{+C}{{\\text{l}}^{-}}+{{\\text{H}}_{\\text{2}}}\\text{O}$$\\text{6}\\text{.5}\\le {\\rm pH}\\lt 6\\text{.7}$

"]]

根据题意,滤渣应将$\rm Fe$$\rm Cu$元素除去,且不沉淀$\text{C}{{\text{o}}^{2+}}$$\text{N}{{\text{i}}^{2+}}$,根据表格$\text{F}{{\text{e}}^{\text{2}}}^{+}$是不容易与$\text{C}{{\text{o}}^{2+}}$$\text{N}{{\text{i}}^{2+}}$分离的,应将$\text{F}{{\text{e}}^{\text{2}}}^{+}$氧化为$\text{F}{{\text{e}}^{\text{3}}}^{+}$除去,$\text{NaClO}$有氧化性,能达到该目的,离子方程式为:$\text{2F}{{\text{e}}^{\text{2+}}}\text{+Cl}{{\text{O}}^{-}}\text{+2}{{\text{H}}^{+}}\text{=2F}{{\text{e}}^{\text{3+}}}\text{+C}{{\text{l}}^{-}}+{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{O}$。根据题干表格数据,要将$\text{F}{{\text{e}}^{\text{3}}}^{+}$$\text{C}{{\text{u}}^{\text{2}}}^{+}$沉淀完全,$\rm pH≥ 6.5$$\text{C}{{\text{o}}^{2+}}$不能沉淀,$\rm pH\lt 6.7$,所以$\rm pH$的调整范围是 $\text{6}\text{.5}\le {\rm pH}\lt 6\text{.7}$

$\text{C}{{\text{o}}^{\text{2+}}}$水相加入${{\left( \text{N}{{\text{H}}_{\text{4}}} \right)}_{\text{2}}}{{\text{C}}_{\text{2}}}{{\text{O}}_{\text{4}}}$溶液后,过滤得到$\text{Co}{{\text{C}}_{\text{2}}}{{\text{O}}_{\text{4}}}$固体,滤液中溶质可做化工原料,写出该原料的一种用途                

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生产氮肥

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根据分析可知,滤液中溶质为${{\left( \text{N}{{\text{H}}_{\text{4}}} \right)}_{\text{2}}}\text{S}{{\text{O}}_{\text{4}}}$,含$\rm N$元素,故可用来生产化肥。

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