Question

【化学一选修2：化学与技术】
锂电池具有质量轻、电压高、比能量大、安全性能好的诸多优点．某锂电池以嵌入锂原子的石墨为负极，含锂的过渡金属（M）氧化物为正极，锂盐有机溶液作电解质，电池反应式为：LiC₆+Li_1-xMO₂

放电

通电

LiMO₂+Li_1-xC₆
（1）电池放电时石墨电极上发生了

 

反应（选填“氧化”“还原”）．
（2）充电时石墨电极上发生的电极反应式为

 

．回收利用锂是体现绿色化学的重要举措．某工厂对废旧锂离子电池正极材料（用LiMn₂O₄．碳粉等涂覆在铝箔上）进行资源收集，得到产品B．
设计工艺流程如下：

（3）A是制造普通玻璃的原料之一，其焰色反应为黄色，A的化学式为

 

，产品B的化学式是

 

．
（4）鉴于该流程中的反应④，你建议该工厂与

 

联合生产，以降低成本．
（5）沉淀X脱水得到Y，工业上电解熔融Y生产某金属的化学反应方程式为

 

．
（6）第③步反应的化学反应方程式是

 

．
若各步的转化率均为100%，要产生74吨的产品B，③反应所需的硫酸需要

 

吨的硫黄来生产．

Answer 1

分析：（1）负极失电子，发生氧化反应；
（2）充电时石墨电极上Li⁺得电子生成Li；
（3）根据焰色反应和物质的用途分析；根据对角线规则，Li₂CO₃性质与MgCO₃相似，难溶于水，结合溶液中的离子分析；
（4）鉴于该流程中的反应④，要消耗Na₂CO₃；
（5）有流程图可知X为氢氧化铝，所以Y为氧化铝；
（6）第③步发生的反应为LiMn₂O₄、H₂SO₄和O₂之间的反应，根据得失电子守恒和原子守恒平衡方程式；根据方程利用原子守恒分析计算．

解答：解：（1）锂电池以嵌入锂原子的石墨为负极，负极失电子，所以石墨电极上发生了氧化反应，
故答案为：氧化；
（2）充电时石墨电极上Li⁺得电子生成Li，所以其电极反应式为：Li⁺+e^-═Li，
故答案为：Li⁺+e^-═Li；
（3）A是制造普通玻璃的原料之一，其焰色反应为黄色，所以A为Na₂CO₃；根据对角线规则，Li₂CO₃性质与MgCO₃相似，难溶于水，溶液中含有大量的Li⁺离子，加Na₂CO₃会生成Li₂CO₃沉淀，所以产品B的化学式是Li₂CO₃，
故答案为：Na₂CO₃；Li₂CO₃；
（4）于该流程中的反应④，要消耗大量的Na₂CO₃，所以建议该工厂与纯碱工业联合生产，
故答案为：纯碱工业；
（5）有流程图可知X为氢氧化铝，所以Y为氧化铝，工业上电解熔融氧化铝生产Al的化学反应方程式为：2Al₂O₃（熔融）

通电  .

4Al+3O₂↑，
故答案为：2Al₂O₃（熔融）

通电  .

4Al+3O₂↑；
（6）第③步发生的反应为LiMn₂O₄、H₂SO₄和O₂之间的反应，生成MnO₂、Li₂SO₄和H₂O，由失电子守恒和原子守恒平衡方程式为：4LiMn₂O₄+2H₂SO₄+O₂═8MnO₂+2Li₂SO₄+2H₂O，
设反应所需的硫酸需要xt的硫黄来生产
由方程式可知：S～H₂SO₄ ～Li₂SO₄ ～Li₂CO₃
             32                 74
             xt                 74t
 所以

32

xt

=

74

74t

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

点评：本题为生产流程题，涉及金属的回收、氧化还原反应、物质的分离、金属的冶炼，有关方程式的计算等问题，题目较为综合，做题时注意仔细审题，从题目中获取关键信息，难度中等．