2025年高三化学高考压轴题挑战模拟试题

2025年高三化学高考压轴题挑战模拟试题2025年普通高等学校招生全国统一考试化学模拟试题（压轴题）（本大题共1小题，共15分）题目：锂离子电池的绿色回收与高值化利用随着新能源汽车产业的快速发展，废旧锂离子电池的回收利用已成为全球关注的焦点。某研究团队以退役三元锂电池正极材料（主要成分为LiNi₀.₅Co₀.₃Mn₀.₂O₂，含少量Al、Fe、Cu等杂质）为原料，采用湿法冶金工艺回收Li、Ni、Co、Mn等金属，工艺流程如下：工艺流程图：graphTDA[退役电池]-->|放电、破碎、分选|B[正极粉料]B-->|酸浸还原|C[浸出液:Li⁺,Ni²⁺,Co²⁺,Mn²⁺,Al³⁺,Fe³⁺,Cu²⁺]C-->|除杂1:调节pH=4,加入NaClO|D[滤渣1:Fe(OH)₃,MnO₂]D-->|除杂2:P507萃取|E[萃余液:Li⁺,Al³⁺]D-->|负载有机相|F[反萃钴镍:H₂SO₄]F-->|分离提纯|G[CoSO₄溶液]F-->|分离提纯|H[NiSO₄溶液]E-->|沉锂:Na₂CO₃,80℃|I[Li₂CO₃晶体]已知条件：金属离子沉淀完全的pH（离子浓度≤10⁻⁵mol/L）：Fe³⁺：3.2；Al³⁺：5.2；Co²⁺：9.2；Ni²⁺：9.4；Mn²⁺：10.1P507萃取剂对金属离子的萃取能力：Co²⁺>Ni²⁺>Mn²⁺>Li⁺>Al³⁺Li₂CO₃在水中的溶解度：0℃时1.54g/L，80℃时0.72g/L回答下列问题：（1）酸浸还原阶段正极粉料中的LiNi₀.₅Co₀.₃Mn₀.₂O₂与H₂SO₄和H₂O₂反应，生成Li⁺、Ni²⁺、Co²⁺、Mn²⁺及O₂，写出该反应的化学方程式：。若H₂O₂用量不足，会导致部分Mn²⁺未被还原而进入后续流程，试分析其对“除杂1”操作的影响：。（2）除杂1阶段①调节pH=4时，理论上可沉淀的金属离子是________（填离子符号），此时溶液中c(Fe³⁺)=mol/L（已知Ksp[Fe(OH)₃]=4.0×10⁻³⁸）。②加入NaClO的作用是，写出Mn²⁺被氧化的离子方程式：_________________________。（3）萃取分离阶段①P507萃取剂的主要成分为二(2-乙基己基)磷酸，其在有机相和水相间存在平衡：HA(有机相)⇌H⁺(水相)+A⁻(有机相)。为提高Co²⁺、Ni²⁺的萃取效率，应选择________（填“酸性”或“碱性”）条件，理由是_________________________。②若反萃钴镍时使用0.5mol/LH₂SO₄，测得反萃液中Co²⁺浓度为1.0mol/L，此时溶液中c(H⁺)=________mol/L（已知H₂SO₄的Ka₂=1.0×10⁻²）。（4）沉锂阶段①沉锂反应的离子方程式为_________________________，实验中选择80℃而非室温的原因是_________________________。②若沉锂后得到Li₂CO₃粗品（含少量Na₂CO₃），为提高纯度，可采用________（填“蒸发结晶”或“重结晶”）提纯，操作步骤为：_________________________。（5）综合计算若处理1kg正极粉料（LiNi₀.₅Co₀.₃Mn₀.₂O₂的质量分数为90%），最终得到Li₂CO₃晶体38.9g，计算锂的回收率（保留3位有效数字）：________。参考答案与解析（1）化学方程式：2LiNi₀.₅Co₀.₃Mn₀.₂O₂+6H₂SO₄+H₂O₂=2Li₂SO₄+5NiSO₄+3CoSO₄+2MnSO₄+O₂↑+7H₂O解析：化合价分析：LiNi₀.₅Co₀.₃Mn₀.₂O₂中Ni、Co、Mn的平均化合价为+3（设为x，则0.5x+0.3x+0.2x+2×2=1+4，解得x=3），被H₂O₂还原为+2价，H₂O₂被氧化为O₂。配平技巧：先写出化学式，再根据电子守恒（H₂O₂中O从-1→0，共失去2e⁻；金属离子从+3→+2，共得到2e⁻）配平系数。影响分析：若Mn²⁺未被完全还原，部分Mn³⁺进入溶液，在pH=4时Mn³⁺会水解生成Mn(OH)₃沉淀，导致滤渣1中混入Mn(OH)₃，同时消耗更多NaClO，降低除杂效率。（2）①Fe³⁺；4.0×10⁻⁸mol/L解析：pH=4时，c(OH⁻)=10⁻¹⁰mol/L，Ksp[Fe(OH)₃]=c(Fe³⁺)·c³(OH⁻)=4.0×10⁻³⁸，解得c(Fe³⁺)=4.0×10⁻⁸mol/L<10⁻⁵mol/L，故Fe³⁺沉淀完全；Al³⁺沉淀完全的pH=5.2，此时未沉淀。②氧化Fe²⁺为Fe³⁺、Mn²⁺为MnO₂；Mn²⁺+ClO⁻+H₂O=MnO₂↓+Cl⁻+2H⁺解析：NaClO在酸性条件下具有强氧化性，可将Fe²⁺（若未被H₂O₂完全氧化）氧化为Fe³⁺，Mn²⁺氧化为MnO₂沉淀（pH=4时，MnO₂更易生成）。（3）①碱性；碱性条件下H⁺浓度降低，平衡HA⇌H⁺+A⁻右移，A⁻浓度增大，更易与Co²⁺、Ni²⁺结合解析：P507萃取剂通过A⁻与金属离子形成配合物进入有机相，碱性条件促进A⁻生成，提高萃取效率。②0.51mol/L解析：H₂SO₄的第二步电离：HSO₄⁻⇌H⁺+SO₄²⁻，Ka₂=[H⁺][SO₄²⁻]/[HSO₄⁻]=1.0×10⁻²。设c(H⁺)=x，c(SO₄²⁻)=1.0mol/L（CoSO₄完全电离），则(x·1.0)/(0.5-x)=1.0×10⁻²，解得x≈0.51mol/L。（4）①2Li⁺+CO₃²⁻=Li₂CO₃↓；80℃时Li₂CO₃溶解度更低，提高沉淀率解析：温度升高，Li₂CO₃溶解度降低，有利于晶体析出。②重结晶；将粗品溶于热水，趁热过滤，冷却结晶，过滤洗涤解析：利用Li₂CO₃溶解度随温度变化的差异，通过重结晶分离可溶性杂质（如Na₂CO₃）。（5）锂的回收率：85.0%计算步骤：正极粉料中LiNi₀.₅Co₀.₃Mn₀.₂O₂的质量：1kg×90%=900gLi的摩尔数：n(Li)=n(LiNi₀.₅Co₀.₃Mn₀.₂O₂)=900g/900g/mol=1mol（LiNi₀.₅Co₀.₃Mn₀.₂O₂的摩尔质量≈900g/mol）理论生成Li₂CO₃的质量：0.5mol×74g/mol=37g实际回收率：38.9g/(0.5×74)×100%=85.0%评分标准题号分值评分要点（1）4分化学方程式配平正确（2分）；分析Mn³⁺水解对除杂的影响（2分）（2）4分①Fe³⁺（1分）；4.0×10⁻⁸（1分）

②氧化Fe²⁺、Mn²⁺（1分）；离子方程式配平（1分）（3）3分①碱性（0.5分）；平衡移动分析（1分）

②0.51（1.5分）（4）2分①离子方程式（0.5分）；温度对溶解度的影响（0.5分）

②重结晶（0.5分）；操作步骤（0.5分）（5）2分计算过程正确（1分）；结果85.0%（1分）命题特点与备考建议真实情境与核心素养融合：以锂离子电池回收为背景，考查“证据推理”“模型认知”等素养，符合2025年高考“应用性”命题趋势。多模块知识综合：涉及氧化还原反应、沉淀溶解平衡、萃取原理、化学计算等，需构建“原理→应用→计算”的完整知识链。关键能力突破：复杂方程式配平（关注变价元素平均化合价）；图像与数