Question

【題目】磷及其化合物在工農業生產中具有重要用途。回答下列問題：

(1)下圖所示為提純白磷樣品(含惰性雜質)的工藝流程。過程I中，被還原的元素是________(填元素符號)，過程III的化學方程式為__________。

(2)磷酸釩鋰/碳復合材料[Li3V2(PO4)3/C]是常用的電極材料，其制備流程如下：

①復合材料中V的化合價為________，C的作用是____________。

②V2O5與H2C2O4反應生成V2(C2O4)3的化學方程式為____________；“洗滌”時用乙醇而不用水的目的是________________。

③鋰離子電池是一種二次電池，又稱“搖椅”電池。若用和LixC6和Li3V2(PO4)3/C做電極，放電時的電池總反應為LixC6＋Li3－xV2(PO4)3= Li3V2(PO4)3+C6，則電池充電時陽極的電極反應式為___________。

Answer 1

【答案】Cu、P 2 Ca3(PO4)2+6 SiO2+10C= 6CaSiO3+10CO↑+P4 +3 增強復合材料的導電性 V2O5+5H2C2O4= V2(C2O4)3+4CO2↑+5H2O 減少產品損耗 Li3V2(PO4)3-xe-= Li3－xV2(PO4)3+xLi+

【解析】

(1)根據圖像，過程I中白磷與硫酸銅溶液反應生成磷酸和Cu3P；過程III中反應物為Ca3(PO4)2、SiO2和C，生成物為CaSiO3、CO和P4，結合氧化還原反應的規律分析解答；

(2)①復合材料Li3V2(PO4)3中鋰元素化合價為+1價，磷酸根離子為-3價，根據正負化合價的代數和為0計算V的化合價；根據該復合材料是常用的電極材料，結合C是導體分析解答；②V2O5與H2C2O4反應生成V2(C2O4)3，V元素化合價降低則碳元素化合價升高，生成產物有二氧化碳和水，結合氧化還原反應的規律書寫化學方程式；③根據放電的總反應可以得到充電時電池的總反應，結合電解原理分析解答。

(1)根據圖像，過程I中白磷與硫酸銅溶液反應生成磷酸和Cu3P，其中P元素和Cu元素的化合價降低，被還原；過程III中反應物為Ca3(PO4)2、SiO2和C，生成物為CaSiO3、CO和P4，反應的化學方程式為2 Ca3(PO4)2+6SiO2+10C= 6CaSiO3+10CO↑+P4，故答案為：Cu、P；2 Ca3(PO4)2+6 SiO2+10C= 6CaSiO3+10CO↑+P4；

(2)①磷酸釩鋰/碳復合材料[Li3V2(PO4)3/C]中磷酸根顯-3價，鋰顯+1價，因此V的化合價為+3價，該復合材料是常用的電極材料，C為導體，可以增強復合材料的導電性，故答案為：+3；增強復合材料的導電性；

②V2O5與H2C2O4反應生成V2(C2O4)3過程中V的化合價由+5價降低為+3價，則草酸被氧化生成二氧化碳，根據得失電子守恒和原子守恒，反應的化學方程式為V2O5+5H2C2O4= V2(C2O4)3+4CO2↑+5H2O；Li3V2(PO4)3 能夠溶于水，“洗滌”時用乙醇而不用水，可以減少產品損耗，故答案為：V2O5+5H2C2O4= V2(C2O4)3+4CO2↑+5H2O；減少產品損耗；

③該鋰離子放電時的電池總反應為LixC6＋Li3－xV2(PO4)3= Li3V2(PO4)3+C6，則充電時電池的總反應為Li3V2(PO4)3+C6═LixC6+Li3-xV2(PO4)3，充電時陽極發生氧化反應，電極反應為：Li3V2(PO4)3-xe-=Li3-xV2(PO4)3+xLi+，故答案為：Li3V2(PO4)3-xe-=Li3-xV2(PO4)3+xLi+。