Question

15．錳酸鋰（LiMn₂O₄）、鈦酸鋰（Li₄Ti₅O₁₂）都是綠色環(huán)保新型能源材料．
，li₃N是非常有前途的儲氫材料．
（1）鋰是制造電池的重要材料，鋰離子電池的突出優(yōu)點是體積小，比能量高、攜帶方便
（2）Li₄Ti₅O₁₂中Ti元素的化合價為+4
（3）錳酸鋰與鈦酸鋰的混合物中，鋰與氧兩種元素的物質(zhì)的量之比為2：7，則錳酸鋰與鈦酸鋰的物質(zhì)的量之比為4：1．
（4）可以用MnO₂為原料制取錳酸鋰．
①以石墨為電極，電解酸化的MnSO₄溶液可制備MnO₂，則陽極的電極反應(yīng)式為Mn²⁺+2H₂O-2e^-═MnO₂+4H⁺
②將①中制備的MnO₂和Li₂CO₃按4：1的物質(zhì)的量比配料，球磨3-5小時，然后升溫至600℃～750℃制取錳酸鋰，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為8MnO₂+2Li₂CO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4LiMn₂O₄+2CO₂↑+O₂↑
（5）一種新型鋰離子電池是將尖晶石型鈦酸鋰（Li₄Ti₅O₁₂）作為電池的正極材料，放電過程中變?yōu)閹r鹽型Li₇Ti₅O₁₂，該鋰離子電池是一種二次電池，電池充電時的陽極反應(yīng)式為Li₇Ti₅O₁₂-3e^-═Li₄Ti₅O₁₂+3Li⁺．
（6）將鋰在純氧氣中燃燒可制得Li₃N，寫出Li₃N的電子式．

Answer 1

分析 （1）鋰元素的摩爾質(zhì)量較小，所以鋰單位質(zhì)量輸出電能多，則其比能量（單位質(zhì)量釋放的能量）高；
（2）該化合物中O元素化合價為-2價，Li元素化合價為+1價，根據(jù)化合物中各元素化合價的代數(shù)和為0確定Ti元素化合價；  
（3）設(shè)錳酸鋰和鈦酸鋰的物質(zhì)的量分別是x、y，根據(jù)Li和O元素的物質(zhì)的量之比計算錳酸鋰和鈦酸鋰的物質(zhì)的量之比；
（4）①陽極上錳離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；
②根據(jù)反應(yīng)物和生成物及反應(yīng)條件書寫方程式；
（5）陽極上鈦酸鋰失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；
（6）氮化鋰是離子化合物，氮離子和鋰離子之間存在離子鍵．

解答 解：（1）因為鋰元素的摩爾質(zhì)量較小，鋰單位質(zhì)量輸出電能多，則其比能量（單位質(zhì)量釋放的能量）高，所以鋰是制造電池的重要材料，其優(yōu)點是體積小，比能量高、攜帶方便，故答案為：體積小，比能量高、攜帶方便；
（2）該化合物中O元素化合價為-2價，Li元素化合價為+1價，根據(jù)化合物中各元素化合價的代數(shù)和為0確定Ti元素化合價，所以Ti元素化合價=$\frac{12×2-1×4}{5}$=+4，故答案為：+4；
（3）設(shè)錳酸鋰和鈦酸鋰的物質(zhì)的量分別是x、y，Li和O元素的物質(zhì)的量之比為2：7，則（x+4y）：（4x+12y）=2：7，x：y=4：1，故答案為：4：1；
（4）①陽極上錳離子失電子和水反應(yīng)生成二氧化錳和氫離子，電極反應(yīng)式為Mn²⁺+2H₂O-2e^-═MnO₂+4H⁺，故答案為：Mn²⁺+2H₂O-2e^-═MnO₂+4H⁺；
②根據(jù)反應(yīng)物及生成物和反應(yīng)條件知，反應(yīng)方程式為8MnO₂+2Li₂CO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4LiMn₂O₄+2CO₂↑+O₂↑，
故答案為：8MnO₂+2Li₂CO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4LiMn₂O₄+2CO₂↑+O₂↑；
（5）陽極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Li₇Ti₅O₁₂-3e^-═Li₄Ti₅O₁₂+3Li⁺，故答案為：Li₇Ti₅O₁₂-3e^-═Li₄Ti₅O₁₂+3Li⁺；
（6）氮化鋰電子式為，故答案為：．

點評 本題考查電子式、電極反應(yīng)式的書寫、化合價判斷等知識點，側(cè)重考查基本概念、基本理論，難點是電極反應(yīng)式的書寫．