Question

11．鋰因其重要的用途，被譽(yù)為“能源金屬”和“推動(dòng)世界前進(jìn)的金屬”．
（1）Li₃N可由Li在N₂中燃燒制得．取4.164g 鋰在N₂中燃燒，理論上生成Li₃N6.964g；因部分金屬Li沒有反應(yīng)，實(shí)際反應(yīng)后固體質(zhì)量變?yōu)?.840g，則固體中Li₃N的質(zhì)量是6.656g（保留三位小數(shù)，Li₃N的式量：34.82）
（2）已知：Li₃N+3H₂O→3LiOH+NH₃↑．取17.41g純凈Li₃N，加入100g水，充分?jǐn)嚢�，完全反�?yīng)后，冷卻到20℃，產(chǎn)生的NH₃折算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積是11.2L．過濾沉淀、洗滌、晾干，得到LiOH固體26.56g，計(jì)算20℃時(shí)LiOH的溶解度12.8g．（保留1位小數(shù)，LiOH的式量：23.94．寫出計(jì)算過程）
鋰離子電池中常用的LiCoO₂，工業(yè)上可由碳酸鋰與堿式碳酸鈷制備．
（3）將含0.5molCoCl₂的溶液與含0.5molNa₂CO₃的溶液混合，充分反應(yīng)后得到堿式碳酸鈷沉淀53.50g；過濾，向?yàn)V液中加入足量HNO₃酸化的AgNO₃溶液，得到白色沉淀143.50g，經(jīng)測(cè)定溶液中的陽離子只有Na⁺，且Na⁺有1mol；反應(yīng)中產(chǎn)生的氣體被足量NaOH溶液完全吸收，使NaOH溶液增重13.20g，通過計(jì)算確定該堿式碳酸鈷的化學(xué)式，寫出制備堿式碳酸鈷反應(yīng)的化學(xué)方程式．
（4）Co₂（OH）₂CO₃和Li₂CO₃在空氣中保持溫度為600～800℃，可制得LiCoO₂，已知：
3Co₂（OH）₂CO₃+O₂→2Co₃O₄+3H₂O+3CO₂；4Co₃O₄+6Li₂CO₃+O₂→12LiCoO₂+6CO₂
按鈷和鋰的原子比1：1混合固體，空氣過量70%，800℃時(shí)充分反應(yīng)，計(jì)算產(chǎn)物氣體中CO₂的體積分?jǐn)?shù)．（保留三位小數(shù)，已知空氣組成：N₂體積分?jǐn)?shù)0.79，O₂體積分?jǐn)?shù)0.21）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)方程式6Li+N₂$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$2Li₃N計(jì)算；設(shè)反應(yīng)后Li的質(zhì)量為xg，Li₃N的質(zhì)量為yg，根據(jù)已知數(shù)據(jù)列方程組計(jì)算；
（2）根據(jù)n（Li₃N）=$\frac{m}{M}$計(jì)算，再根據(jù)N元素守恒計(jì)算氨氣的物質(zhì)的量和體積；根據(jù)方程式計(jì)算出生成的LiOH的質(zhì)量，由得到LiOH固體26.56g，可求出溶液中LiOH的質(zhì)量，再求出溶解度；
（3）含0.5molCoCl₂的溶液與含0.5molNa₂CO₃的溶液混合，生成氣體為氫氧化鈉吸收是二氧化碳，根據(jù)碳元素守恒，可知堿式碳酸鈷中的碳酸根離子為0.2mol，根據(jù)氯化銀的質(zhì)量判斷氯離子全部在溶液中，再根據(jù)電荷守恒計(jì)算氫氧根離子的物質(zhì)的量，再由堿式碳酸鈷沉淀53.50g、鈷元素的質(zhì)量、碳酸根離子的質(zhì)量和氫氧根離子的質(zhì)量求出結(jié)晶水的質(zhì)量和物質(zhì)的量，然后求出堿式碳酸鈷的化學(xué)式；
（4）由3Co₂（OH）₂CO₃+O₂→2Co₃O₄+3H₂O+3CO₂；4Co₃O₄+6Li₂CO₃+O₂→12LiCoO₂+6CO₂
可得方程式：6Co₂（OH）₂CO₃+6Li₂CO₃+3O₂$\frac{\underline{\;600～800℃\;}}{\;}$12LiCoO₂+6H₂O+12CO₂；
令參加反應(yīng)的氧氣為3mol，則相當(dāng)于$\frac{3}{0.21}$mol空氣，空氣過量70%，則空氣通入（1+0.7）×$\frac{3}{0.21}$mol，生成6mol水（g）和12mol CO₂，據(jù)此計(jì)算CO₂的體積分?jǐn)?shù)．

解答 解：（1）設(shè)生成的Li₃N為xg，
6Li+N₂$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$2Li₃N
6×6.94     2×34.82
4.164g        mg
則m=$\frac{2×34.82×4.164g}{6×6.94}$=6.964g；
設(shè)反應(yīng)后Li的質(zhì)量為xg，Li₃N的質(zhì)量為yg，
則xg+yg=6.840g，xg+yg×$\frac{3×6.94}{34.82}$=4.164g；
解得：x=0.184，y=6.656；
故答案為：6.964；6.656；
（2）已知：Li₃N+3H₂O→3LiOH+NH₃↑，17.41gLi₃N的物質(zhì)的量為n=$\frac{m}{M}$=$\frac{17.41g}{34.82g/mol}$=0.5mol，
由氮元素守恒可知，n（NH₃）=0.5mol，則氨氣的體積V=nVm=11.2L；
由Li元素守恒可知n（LiOH）=0.5mol×3=1.5mol，則m（LiOH）=nM=1.5mol×23.94g/mol=35.91g，
m（水）=100-1.5mol×18g/mol=73g，
則$\frac{s}{100}$=$\frac{35.91-26.56}{73}$，解得s=12.8g；
故答案為：11.2；12.8g；
（3）反應(yīng)中產(chǎn)生的氣體被足量NaOH溶液完全吸收，使NaOH溶液增重13.20g，則由元素守恒可知該物質(zhì)為是二氧化碳，其物質(zhì)的量為$\frac{13.20g}{44g/mol}$=0.3mol，由碳元素守恒可知，堿式碳酸鈷中的碳酸根離子為0.2mol；加入足量HNO₃酸化的AgNO₃溶液，得到白色沉淀143.50g，則143.50g是氯化銀沉淀，其物質(zhì)的量為1mol，則氯離子為1mol，又根據(jù)鈉離子為1mol，則堿式碳酸鈷中不含鈉元素和氯元素，所以堿式碳酸鈷中有鈷0.5mol，碳酸根離子為0.2mol，根據(jù)電荷守恒，應(yīng)含氫氧根離子為0.6mol，
堿式碳酸鈷中結(jié)晶水的質(zhì)量為：53.50g-0.5mol×58.93g/mol-0.2mol×60g/mol-0.6mol×17g/mol=1.8g，則n（水）=0.1mol，
所以堿式碳酸鈷中：鈷離子0.5mol，碳酸根離子為0.2mol，氫氧根離子為0.6mol，結(jié)晶水0.1mol，
則堿式碳酸鈷的化學(xué)式：2CoCO₃•3Co（OH）₂•H₂O；
則制備堿式碳酸鈷反應(yīng)的化學(xué)方程式：5CoCl₂+5Na₂CO₃+4H₂O=2CoCO₃•3Co（OH）₂•H₂O+10NaCl+3CO₂↑；
答：堿式碳酸鈷的化學(xué)式2CoCO₃•3Co（OH）₂•H₂O；制備堿式碳酸鈷反應(yīng)的化學(xué)方程式為：5CoCl₂+5Na₂CO₃+4H₂O=2CoCO₃•3Co（OH）₂•H₂O+10NaCl+3CO₂↑；
（4）由3Co₂（OH）₂CO₃+O₂→2Co₃O₄+3H₂O+3CO₂；4Co₃O₄+6Li₂CO₃+O₂→12LiCoO₂+6CO₂
可得方程式：6Co₂（OH）₂CO₃+6Li₂CO₃+3O₂$\frac{\underline{\;600～800℃\;}}{\;}$12LiCoO₂+6H₂O+12CO₂；
令參加反應(yīng)的氧氣為3mol，則相當(dāng)于$\frac{3}{0.21}$mol空氣，空氣過量70%，則空氣通入（1+0.7）×$\frac{3}{0.21}$mol，生成6mol水（g）和12mol CO₂；
所以產(chǎn)物氣體中CO₂的體積分?jǐn)?shù)=$\frac{12mol}{（12+6-3+1.7×\frac{3}{0.21}）mol}$=0.305；
答：產(chǎn)物氣體中CO₂的體積分?jǐn)?shù)為0.305．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了有關(guān)化學(xué)方程式的計(jì)算，題目難度較大，側(cè)重于考查學(xué)生的分析能力和計(jì)算能力．