Question

10．Li-CuO二次电池的比能量高、工作温度宽，性能优异，广泛应用于军事和空间领域．
（1）Li-CuO电池中，金属锂做负极．
（2）比能量是指消耗单位质量的电极所释放的电量，用来衡量电池的优劣．比较Li、Na、Al分别作为电极时比能量的大小：Li＞Al＞Na．
（3）通过如下过程制备CuO
Cu$→_{过程Ⅰ}^{H_{2}SO_{4}、H_{2}O_{2}}$CuSO₄溶液$→_{控制一定条件Ⅱ}^{Na_{2}cO_{3}溶液}$Cu₂（OH）₂CO₃沉淀$→_{过程Ⅲ}^{加热}$CuO
①过程Ⅰ，H₂O₂的作用是氧化剂．
②过程Ⅱ产生Cu₂（OH）₂CO₃的离子方程式是2Cu²⁺+2CO₃^2-+H₂O═Cu₂（OH）₂CO₃↓+CO₂↑．
③过程Ⅱ，将CuSO₄溶液加到Na₂CO₃溶液中，研究二者不同物质的量之比与产品纯度的关系（用测定铜元素的百分含量来表征产品的纯度），结果如下：
已知：Cu₂（OH）₂CO₃中铜元素的百分含量为57.7%．

二者比值为1：0.8时，产品中可能含有的杂质是Cu（OH）₂，产生该杂质的原因是当Na₂CO₃用量减少时，c（CO₃^2-）变小，CO₃^2-水解程度变大，c（OH^-）/c（CO₃^2-）增加，c（OH^-）对产物的影响增大．
④过程Ⅲ反应的化学方程式是Cu₂（OH）₂CO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+CO₂↑+H₂O．
（4）Li-CuO二次电池以含Li⁺的有机溶液为电解质溶液，其工作原理示意如图2．放电时，正极的电极反应式是CuO+2e^-+2Li⁺═Cu+Li₂O．

Answer 1

分析 （1）失电子的物质为负极；
（2）根据金属的相对原子质量和失电子数目判断；
（3）①Cu元素的化合价升高，O元素的化合价降低；
②硫酸铜与碳酸钠溶液反应生成Cu₂（OH）₂CO₃；
③Cu₂（OH）₂CO₃中铜元素的百分含量为57.7%，二者比值为1：0.8时，Cu元素的百分含量大于57.1%，可能不含C；
④Cu₂（OH）₂CO₃加热分解生成CuO；
（4）由Li⁺的移动方向可知，CuO为正极，发生还原反应．

解答 解：（1）Li-CuO电池中，Li失去电子，金属锂做负极，故答案为：负；
（2）比能量是指消耗单位质量的电极所释放的电量，设质量均为m，则$\frac{m}{7}$＞$\frac{m}{27}×3$＞$\frac{m}{23}$，则Li、Na、Al分别作为电极时比能量的大小为Li＞Al＞Na，
故答案为：Li＞Al＞Na；
（3）①Cu元素的化合价升高，O元素的化合价降低，则H₂O₂的作用是氧化剂，故答案为：氧化剂；
②过程Ⅱ产生Cu₂（OH）₂CO₃的离子方程式是2Cu²⁺+2CO₃^2-+H₂O═Cu₂（OH）₂CO₃↓+CO₂↑，故答案为：2Cu²⁺+2CO₃^2-+H₂O═Cu₂（OH）₂CO₃↓+CO₂↑；
③Cu₂（OH）₂CO₃中铜元素的百分含量为57.7%，二者比值为1：0.8时，Cu元素的百分含量大于57.1%，可能不含C，则产品中可能含有的杂质是Cu（OH）₂，因当Na₂CO₃用量减少时，c（CO₃^2-）变小，CO₃^2-水解程度变大，c（OH^-）/c（CO₃^2-）增加，c（OH^-）对产物的影响增大，
故答案为：Cu（OH）₂；当Na₂CO₃用量减少时，c（CO₃^2-）变小，CO₃^2-水解程度变大，c（OH^-）/c（CO₃^2-）增加，c（OH^-）对产物的影响增大；
④过程Ⅲ反应的化学方程式是Cu₂（OH）₂CO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+CO₂↑+H₂O，故答案为：Cu₂（OH）₂CO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+CO₂↑+H₂O；
（4）由Li⁺的移动方向可知，CuO为正极，发生还原反应，则正极反应为CuO+2e^-+2Li⁺═Cu+Li₂O，故答案为：CuO+2e^-+2Li⁺═Cu+Li₂O．

点评 本题考查物质的制备实验及原电池，为高频考点，把握制备流程中发生的反应、原电池工作原理为解答的关键，侧重分析与应用能力的考查，注意（3）为解答的难点，题目难度不大．