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2026年薪火金卷高考仿真模拟卷化学
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17. (14 分)当今钙钛矿太阳能电池因其高光电转换效率和低成本等优势,成为研究热点。然而,废旧钙钛矿太阳能电池的回收处理问题也日益凸显。以下是一种从废旧钙钛矿太阳能电池(主要成分有 $CH_{3}NH_{3}PbI_{3}$、有机物,还含有少量 $Ag、Cu$ 等金属杂质)中回收金属及制备高纯铅化合物的工艺流程:
已知:①超声处理能使溶液中的分子和离子振动加剧;
②$K_{sp}(PbC_{2}O_{4})=8.4× 10^{-10}$,$K_{sp}[Pb(OH)_{2}]=1.2× 10^{-15}$,$K_{a1}(H_{2}C_{2}O_{4})=5.6× 10^{-2}$,$K_{a2}(H_{2}C_{2}O_{4})=1.5× 10^{-4}$。
回答下列问题:
(1)铅是与碳同主族的第六周期元素,则铅的价电子排布式为
(2)“浸出”中,用有机溶剂浸泡并用超声处理的目的是
(3)“酸浸”中,$CH_{3}NH_{3}PbI_{3}$ 与稀硝酸反应生成铵盐、$Pb(NO_{3})_{2}$、$CO_{2}$、$I_{2}$ 等物质,写出该反应的离子方程式:
(4)“滤渣 2”的主要成分是
(5)高温煅烧 $PbC_{2}O_{4}$ 固体时,发生反应的化学方程式为 $PbC_{2}O_{4}\xlongequal{高温}PbO+CO\uparrow +CO_{2}\uparrow$。从热力学角度分析该反应能发生的原因:
(6)“滤液 2”中,要加入草酸溶液使 $Pb^{2+}$ 完全沉淀[一般认为 $c(Pb^{2+})\leq 1× 10^{-5}\ mol· L^{-1}$ 时沉淀完全],若此时 $c(H_{2}C_{2}O_{4})$ 为 $0.1\ mol· L^{-1}$,则需调节 $pH\geq$
(7)含 $Pb^{2+}$ 的溶液中逐滴滴加 $NaOH$ 溶液后,各形态铅的百分含量 $x$ 与溶液 $pH$ 的关系如图所示。根据图示,高纯 $PbO$ 制 $Pb(OH)_{2}$,应将溶液的 $pH$ 调至约为
已知:①超声处理能使溶液中的分子和离子振动加剧;
②$K_{sp}(PbC_{2}O_{4})=8.4× 10^{-10}$,$K_{sp}[Pb(OH)_{2}]=1.2× 10^{-15}$,$K_{a1}(H_{2}C_{2}O_{4})=5.6× 10^{-2}$,$K_{a2}(H_{2}C_{2}O_{4})=1.5× 10^{-4}$。
回答下列问题:
(1)铅是与碳同主族的第六周期元素,则铅的价电子排布式为
$6s^{2}6p^{2}$
。(2)“浸出”中,用有机溶剂浸泡并用超声处理的目的是
溶解废旧电池中的有机物,同时加速有机物与其他成分的分离(便于后续对金属成分的处理,提高金属回收率)
。(3)“酸浸”中,$CH_{3}NH_{3}PbI_{3}$ 与稀硝酸反应生成铵盐、$Pb(NO_{3})_{2}$、$CO_{2}$、$I_{2}$ 等物质,写出该反应的离子方程式:
$2CH_{3}NH_{3}PbI_{3} + 12H^{+} + 6NO^{-}_{3}\xlongequal{}2Pb^{2+} + 6NO\uparrow + 3I_{2} + 2CO_{2}\uparrow + 8H_{2}O + 2NH^{+}_{4}$
。(4)“滤渣 2”的主要成分是
Cu
。(5)高温煅烧 $PbC_{2}O_{4}$ 固体时,发生反应的化学方程式为 $PbC_{2}O_{4}\xlongequal{高温}PbO+CO\uparrow +CO_{2}\uparrow$。从热力学角度分析该反应能发生的原因:
$PbC_{2}O_{4}$在高温下分解生成PbO、CO和$CO_{2}$是一个熵增的过程,故反应能自发进行
。(6)“滤液 2”中,要加入草酸溶液使 $Pb^{2+}$ 完全沉淀[一般认为 $c(Pb^{2+})\leq 1× 10^{-5}\ mol· L^{-1}$ 时沉淀完全],若此时 $c(H_{2}C_{2}O_{4})$ 为 $0.1\ mol· L^{-1}$,则需调节 $pH\geq$
1
。(7)含 $Pb^{2+}$ 的溶液中逐滴滴加 $NaOH$ 溶液后,各形态铅的百分含量 $x$ 与溶液 $pH$ 的关系如图所示。根据图示,高纯 $PbO$ 制 $Pb(OH)_{2}$,应将溶液的 $pH$ 调至约为
10
;已知 $c(Pb^{2+})\leq 2× 10^{-6}\ mol· L^{-1}$ 才达到排放标准,则此时滤液是否达到排放标准是
(填“是”或“否”)。
答案：
17. 解析
(1)根据信息,铅位于第六周期第ⅣA族,故价电子排布式为${6s^{2}6p^{2}}$。
(2)废旧电池中的有机物大多为非极性或弱极性分子,根据相似相溶原理,有机溶剂能溶解这些有机物,且超声处理能使溶液中的分子和离子振动加剧,所以用有机溶剂浸泡并用超声处理的目的是溶解废旧电池中的有机物,同时加速有机物与其他成分的分离。
(3)结合题给反应物和产物,根据氧化还原反应原理可写出离子方程式:${2CH_{3}NH_{3}PbI_{3} + 12H^{+} + 6NO^{-}_{3}\xlongequal{}2Pb^{2+} + 6NO\uparrow + 3I_{2} + 2CO_{2}\uparrow + 8H_{2}O + 2NH^{+}_{4}}$。
(4)适量铁粉置换“滤液1”中的${Cu^{2+}}$,所以“滤渣2”的主要成分是${Cu}$。
(5)判断反应发生的可能性应该从自发反应的视角去考虑,该反应的$\Delta H - T\Delta S＜0$,高温下熵增效应使反应自发进行。
(6)${Pb^{2+}}$完全沉淀,$c({Pb^{2+}})\leqslant 1× 10^{-5}\ mol· L^{-1}$,根据$K_{sp}({PbC_{2}O_{4}})=c({Pb^{2+}})· c({C_{2}O^{2-}_{4}})$,$c({C_{2}O^{2-}_{4}})\geqslant \frac{8.4× 10^{-10}}{1× 10^{-5}}\ mol· L^{-1}=8.4× 10^{-5}\ mol· L^{-1}$,${C_{2}O^{2-}_{4}}$来自${H_{2}C_{2}O_{4}}$,根据电离方程式和电离常数,有$\frac{c^{2}({H^{+}})· c({C_{2}O^{2-}_{4}})}{c({H_{2}C_{2}O_{4}})}=K_{a1}· K_{a2}$,则$c({C_{2}O^{2-}_{4}})=\frac{5.6× 10^{-2}× 1.5× 10^{-4}× 0.1}{c^{2}({H^{+}})}\ mol· L^{-1}\geqslant 8.4× 10^{-5}\ mol· L^{-1}$,得$c({H^{+}})\leqslant 0.1\ mol· L^{-1}$,故${pH}\geqslant 1$。
(7)铅要沉淀完全,则从图中看应该选择${Pb(OH)_{2}}$百分含量最高时的${pH}$,故约为10,根据$K_{sp}[{Pb(OH)_{2}}]=1.2× 10^{-15}$,当溶液中${pH}=10$时,$c({Pb^{2+}})=\frac{K_{sp}[{Pb(OH)_{2}}]}{c^{2}({OH^{-}})}=1.2× 10^{-7}\ mol· L^{-1}＜2× 10^{-6}\ mol· L^{-1}$,故达到排放标准。 答案
(1)${6s^{2}6p^{2}}$
(2)溶解废旧电池中的有机物,同时加速有机物与其他成分的分离(便于后续对金属成分的处理,提高金属回收率)
(3)${2CH_{3}NH_{3}PbI_{3} + 12H^{+} + 6NO^{-}_{3}\xlongequal{}2Pb^{2+} + 6NO\uparrow + 3I_{2} + 2CO_{2}\uparrow + 8H_{2}O + 2NH^{+}_{4}}$
(4)${Cu}$
(5)${PbC_{2}O_{4}}$在高温下分解生成${PbO}$、${CO}$和${CO_{2}}$是一个熵增的过程,故反应能自发进行
(6)$1$
(7)$10$ 是
(1)根据信息,铅位于第六周期第ⅣA族,故价电子排布式为${6s^{2}6p^{2}}$。
(2)废旧电池中的有机物大多为非极性或弱极性分子,根据相似相溶原理,有机溶剂能溶解这些有机物,且超声处理能使溶液中的分子和离子振动加剧,所以用有机溶剂浸泡并用超声处理的目的是溶解废旧电池中的有机物,同时加速有机物与其他成分的分离。
(3)结合题给反应物和产物,根据氧化还原反应原理可写出离子方程式:${2CH_{3}NH_{3}PbI_{3} + 12H^{+} + 6NO^{-}_{3}\xlongequal{}2Pb^{2+} + 6NO\uparrow + 3I_{2} + 2CO_{2}\uparrow + 8H_{2}O + 2NH^{+}_{4}}$。
(4)适量铁粉置换“滤液1”中的${Cu^{2+}}$,所以“滤渣2”的主要成分是${Cu}$。
(5)判断反应发生的可能性应该从自发反应的视角去考虑,该反应的$\Delta H - T\Delta S＜0$,高温下熵增效应使反应自发进行。
(6)${Pb^{2+}}$完全沉淀,$c({Pb^{2+}})\leqslant 1× 10^{-5}\ mol· L^{-1}$,根据$K_{sp}({PbC_{2}O_{4}})=c({Pb^{2+}})· c({C_{2}O^{2-}_{4}})$,$c({C_{2}O^{2-}_{4}})\geqslant \frac{8.4× 10^{-10}}{1× 10^{-5}}\ mol· L^{-1}=8.4× 10^{-5}\ mol· L^{-1}$,${C_{2}O^{2-}_{4}}$来自${H_{2}C_{2}O_{4}}$,根据电离方程式和电离常数,有$\frac{c^{2}({H^{+}})· c({C_{2}O^{2-}_{4}})}{c({H_{2}C_{2}O_{4}})}=K_{a1}· K_{a2}$,则$c({C_{2}O^{2-}_{4}})=\frac{5.6× 10^{-2}× 1.5× 10^{-4}× 0.1}{c^{2}({H^{+}})}\ mol· L^{-1}\geqslant 8.4× 10^{-5}\ mol· L^{-1}$,得$c({H^{+}})\leqslant 0.1\ mol· L^{-1}$,故${pH}\geqslant 1$。
(7)铅要沉淀完全,则从图中看应该选择${Pb(OH)_{2}}$百分含量最高时的${pH}$,故约为10,根据$K_{sp}[{Pb(OH)_{2}}]=1.2× 10^{-15}$,当溶液中${pH}=10$时,$c({Pb^{2+}})=\frac{K_{sp}[{Pb(OH)_{2}}]}{c^{2}({OH^{-}})}=1.2× 10^{-7}\ mol· L^{-1}＜2× 10^{-6}\ mol· L^{-1}$,故达到排放标准。 答案
(1)${6s^{2}6p^{2}}$
(2)溶解废旧电池中的有机物,同时加速有机物与其他成分的分离(便于后续对金属成分的处理,提高金属回收率)
(3)${2CH_{3}NH_{3}PbI_{3} + 12H^{+} + 6NO^{-}_{3}\xlongequal{}2Pb^{2+} + 6NO\uparrow + 3I_{2} + 2CO_{2}\uparrow + 8H_{2}O + 2NH^{+}_{4}}$
(4)${Cu}$
(5)${PbC_{2}O_{4}}$在高温下分解生成${PbO}$、${CO}$和${CO_{2}}$是一个熵增的过程,故反应能自发进行
(6)$1$
(7)$10$ 是
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