Question

4．化學(xué)電池的研究一直是化學(xué)工作者研究的熱點(diǎn)之一
Ⅰ．美國科學(xué)家S•魯賓成功開發(fā)鋅汞鈕扣式電池，以鋅和氧化汞為電極材料，氫氧化鉀溶液為電解液的原電池，有效的解決電池使用壽命短，易發(fā)生漏液等問題，電池總反應(yīng)為：Zn+HgO═ZnO+Hg
（1）改電池的正極反應(yīng)式為HgO+H₂O+2e^-=Hg+2OH^-
（2）含汞電池生產(chǎn)企業(yè)的無水中會含有一定量的+2價的汞離子，通常采用處理成本較低的硫化物沉淀法，即向污水中投入一定量的硫化鈉，反應(yīng)的離子方程式為Hg²⁺+S^2-=HgS↓
（3）該方法的缺點(diǎn)是產(chǎn)物的顆粒比較小，大部分懸浮于污水中通常投入一定量的明礬晶體進(jìn)行后續(xù)處理，請解釋其原因明礬電離的鋁離子水解生成的氫氧化鋁膠體能吸附水中的懸浮雜質(zhì)
Ⅱ．鋰離子電池由于輕便，比能量大等優(yōu)點(diǎn)，稱為當(dāng)今社會最為常見的電池，其中的重要材料磷酸亞鐵鋰（LiFePO₄）通常按照下列流程進(jìn)行生產(chǎn)，試結(jié)合生產(chǎn)流程回答下列問題：
（4）生產(chǎn)過程中“混合攪拌”的目的是使反應(yīng)物充分混合，提高反應(yīng)速率，氣體X的化學(xué)式為NH₃
（5）請寫出一定條件下由LiH₂PO₄生成LiFePO₄的化學(xué)方程式2LiH₂PO₄+Fe₂O₃+C=2LiFePO₄+CO↑+2H₂O，當(dāng)生成1mol磷酸亞鐵鋰時，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目為6.02×10²³
（6）生成LiFePO₄的過程可能產(chǎn)生一種雜質(zhì)對電池有致命的影響，則該雜質(zhì)可能為Fe．

Answer 1

分析 I．（1）Hg元素化合價降低，被還原，為正極反應(yīng)，正極氧化汞得電子；
（2）汞離子與硫離子結(jié)合生成HgS沉淀；
（3）鋁離子水解生成的氫氧化鋁膠體具有吸附懸浮雜質(zhì)的作用；
Ⅱ．（4）充分混合，加快反應(yīng)速率；銨根離子與氫氧根離子反應(yīng)生成氨氣；
（5）流程圖中LiH₂PO₄與Fe₂O₃、C反應(yīng)生成LiFePO₄，F(xiàn)e元素被還原，C元素被氧化生成CO，還有水生成；根據(jù)Fe元素化合價變化計算轉(zhuǎn)移電子；
（6）碳可能將氧化鐵中Fe元素還原為Fe單質(zhì)．

解答 解：I．（1）電池總反應(yīng)為：Zn+HgO═ZnO+Hg，可知反應(yīng)中Hg元素化合價降低，被還原，為正極反應(yīng)，正極氧化汞得電子，電極方程式為HgO+H₂O+2e^-=Hg+2OH^-，
故答案為：HgO+H₂O+2e^-=Hg+2OH^-；
（2）汞離子與硫離子結(jié)合生成HgS沉淀，其反應(yīng)的離子方程式為：Hg²⁺+S^2-=HgS↓；
故答案為：Hg²⁺+S^2-=HgS↓；
（3）明礬是硫酸鋁鉀的晶體，在溶液中電離出鋁離子，鋁離子水解生成的氫氧化鋁膠體具有吸附懸浮雜質(zhì)的作用；
故答案為：明礬電離的鋁離子水解生成的氫氧化鋁膠體能吸附水中的懸浮雜質(zhì)；
Ⅱ．（4）生產(chǎn)過程中“混合攪拌”的目的是：使反應(yīng)物充分混合，提高反應(yīng)速率，銨根離子與氫氧根離子反應(yīng)生成氨氣，即X為NH₃，
故答案為：使反應(yīng)物充分混合，提高反應(yīng)速率；NH₃；
（5）流程圖中LiH₂PO₄與Fe₂O₃、C反應(yīng)生成LiFePO₄，F(xiàn)e元素被還原，C元素被氧化生成CO，還有水生成，反應(yīng)方程式為：2LiH₂PO₄+Fe₂O₃+C=2LiFePO₄+CO↑+2H₂O，當(dāng)生成1mol磷酸亞鐵鋰時，轉(zhuǎn)移的電子為1mol，即轉(zhuǎn)移電子數(shù)目為6.02×10²³，
故答案為：2LiH₂PO₄+Fe₂O₃+C=2LiFePO₄+CO↑+2H₂O；6.02×10²³；
（6）碳可能將氧化鐵中Fe元素還原為Fe單質(zhì)，對電池有致命的影響，
故答案為：Fe．

點(diǎn)評 本題考查原電池的工作原理、物質(zhì)準(zhǔn)備工藝流程、陌生化學(xué)式書寫、沉淀轉(zhuǎn)化等，是對學(xué)生綜合能力的考查，題目難度中等．