Question

【化學(xué)一選修2：化學(xué)與技術(shù)】
鋰電池具有質(zhì)量輕、電壓高、比能量大、安全性能好的諸多優(yōu)點．某鋰電池以嵌入鋰原子的石墨為負(fù)極，含鋰的過渡金屬（M）氧化物為正極，鋰鹽有機溶液作電解質(zhì)，電池反應(yīng)式為：LiC₆+Li_1-xMO₂

放電

通電

LiMO₂+Li_1-xC₆
（1）電池放電時石墨電極上發(fā)生了

 

反應(yīng)（選填“氧化”“還原”）．
（2）充電時石墨電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為

 

．回收利用鋰是體現(xiàn)綠色化學(xué)的重要舉措．某工廠對廢舊鋰離子電池正極材料（用LiMn₂O₄．碳粉等涂覆在鋁箔上）進(jìn)行資源收集，得到產(chǎn)品B．
設(shè)計工藝流程如下：

（3）A是制造普通玻璃的原料之一，其焰色反應(yīng)為黃色，A的化學(xué)式為

 

，產(chǎn)品B的化學(xué)式是

 

．
（4）鑒于該流程中的反應(yīng)④，你建議該工廠與

 

聯(lián)合生產(chǎn)，以降低成本．
（5）沉淀X脫水得到Y(jié)，工業(yè)上電解熔融Y生產(chǎn)某金屬的化學(xué)反應(yīng)方程式為

 

．
（6）第③步反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式是

 

．
若各步的轉(zhuǎn)化率均為100%，要產(chǎn)生74噸的產(chǎn)品B，③反應(yīng)所需的硫酸需要

 

噸的硫黃來生產(chǎn)．

Answer 1

分析：（1）負(fù)極失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)；
（2）充電時石墨電極上Li⁺得電子生成Li；
（3）根據(jù)焰色反應(yīng)和物質(zhì)的用途分析；根據(jù)對角線規(guī)則，Li₂CO₃性質(zhì)與MgCO₃相似，難溶于水，結(jié)合溶液中的離子分析；
（4）鑒于該流程中的反應(yīng)④，要消耗Na₂CO₃；
（5）有流程圖可知X為氫氧化鋁，所以Y為氧化鋁；
（6）第③步發(fā)生的反應(yīng)為LiMn₂O₄、H₂SO₄和O₂之間的反應(yīng)，根據(jù)得失電子守恒和原子守恒平衡方程式；根據(jù)方程利用原子守恒分析計算．

解答：解：（1）鋰電池以嵌入鋰原子的石墨為負(fù)極，負(fù)極失電子，所以石墨電極上發(fā)生了氧化反應(yīng)，
故答案為：氧化；
（2）充電時石墨電極上Li⁺得電子生成Li，所以其電極反應(yīng)式為：Li⁺+e^-═Li，
故答案為：Li⁺+e^-═Li；
（3）A是制造普通玻璃的原料之一，其焰色反應(yīng)為黃色，所以A為Na₂CO₃；根據(jù)對角線規(guī)則，Li₂CO₃性質(zhì)與MgCO₃相似，難溶于水，溶液中含有大量的Li⁺離子，加Na₂CO₃會生成Li₂CO₃沉淀，所以產(chǎn)品B的化學(xué)式是Li₂CO₃，
故答案為：Na₂CO₃；Li₂CO₃；
（4）于該流程中的反應(yīng)④，要消耗大量的Na₂CO₃，所以建議該工廠與純堿工業(yè)聯(lián)合生產(chǎn)，
故答案為：純堿工業(yè)；
（5）有流程圖可知X為氫氧化鋁，所以Y為氧化鋁，工業(yè)上電解熔融氧化鋁生產(chǎn)Al的化學(xué)反應(yīng)方程式為：2Al₂O₃（熔融）

通電  .

4Al+3O₂↑，
故答案為：2Al₂O₃（熔融）

通電  .

4Al+3O₂↑；
（6）第③步發(fā)生的反應(yīng)為LiMn₂O₄、H₂SO₄和O₂之間的反應(yīng)，生成MnO₂、Li₂SO₄和H₂O，由失電子守恒和原子守恒平衡方程式為：4LiMn₂O₄+2H₂SO₄+O₂═8MnO₂+2Li₂SO₄+2H₂O，
設(shè)反應(yīng)所需的硫酸需要xt的硫黃來生產(chǎn)
由方程式可知：S～H₂SO₄ ～Li₂SO₄ ～Li₂CO₃
             32                 74
             xt                 74t
 所以

32

xt

=

74

74t

，所以x=32t
故答案為：4LiMn₂O₄+2H₂SO₄+O₂═8MnO₂+2Li₂SO₄+2H₂O；32．

點評：本題為生產(chǎn)流程題，涉及金屬的回收、氧化還原反應(yīng)、物質(zhì)的分離、金屬的冶煉，有關(guān)方程式的計算等問題，題目較為綜合，做題時注意仔細(xì)審題，從題目中獲取關(guān)鍵信息，難度中等．