专题21主族金属锂及其化合物原卷版.docx

专题21主族金属锂及其化合物原卷版.docx

《专题21主族金属锂及其化合物原卷版.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《专题21主族金属锂及其化合物原卷版.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

专题21主族金属锂及其化合物原卷版

系列二主族金属

专题11锂及其化合物

（1）在IA族碱金属中，锂原子半径最小，极化能力强，表现出与Na和K等的不同性质，它与ⅡA族里的Mg相似，内在原因是处于对角线的Li和Mg，离子的电荷与半径的比值相近，即离子的电场强度相近。

（2）锂与氧气反应生成氧化物Li2O，而不形成过氧化物和超氧化物；与氮气形成氮化物Li3N，而其他碱金属不能与N2直接化合；与碳反应生成乙炔锂（Li2C2）；与水反应生成氢气，但反应速率比Na或K缓慢得多，主要是因为生成的氢氧化锂溶解度小，覆盖在金属表面阻碍反应。

（3）Li2CO3、Li3PO4和LiF等锂盐溶解度远远小于对应的钠盐和钾盐。

（4）LiOH，Li2CO3都不稳定，加热分解：

2LiOH

Li2O+H2O，Li2CO3

Li2O+CO2↑，其他碱金属元素对应的碱和碳酸盐加热不易分解。

（5）LiNO3加热分解生成氧化物：

4LiNO3

Li2O+4NO2↑+O2↑；其他碱金属硝酸盐分解成亚硝酸盐和NO2

（6）LiCl·nH2O受热分解时发生水解，生成LiOH

（7）LiCoO2一般作为锂离子电池的正极材料，发生如下反应：

放电Li1-xCoO2+LixC

LiCoO2+C

（8）LiAiH4遇水发生爆炸性反应生成氢气，是有机合成中重要的还原剂，可以还原醛、酮、酸中的不饱和碳氧双键（C=O），也可以将硝基还原成氨基。

（9）工业制取Li常用电解熔融氯化物的方法来大量生产。

【习题1】特斯拉全电动汽车使用的是钴酸锂电池，其工作原理如下图，A极材料是金属锂和碳的复合材料（碳作为金属锂的载体），电解质为一种能传导Li+的高分子材料，隔膜只允许Li+通过，电池反应式LixC6+Li1-xCoO2

C6+LiCoO2。

下列说法不正确的是

A．放电时电子从A极通过导线流向B极B．放电时A是负极

C．放电时Li+从右向左定向迁移D．钴酸锂电池为二次电池

【习题2】电动车电池是一种锂离子电池．根据锂离子电池所用电解质材料不同，锂离子电池可分为液态锂离子电池（简称为LIB）和聚合物锂离子电池（简称为LIP）两大类．聚合物锂离子电池总反应：

LioO2+6CLi1-x

CoO2+LixC6，以下说法不正确的是

A．充电时，电池的负极与电源的负极相连

B．充电时，阴极发生还原反应：

6C+xLi++xe-═LixC6

C．放电时，正极发生还原反应Li1-xCoO2+xLi++xe-═LiCoO2

D．放电时，Li+向负极移动

【习题3】磷酸铁锂电池在充放电过程中表现出了良好的循环稳定性，具有较长的循环寿命，放电时的反应为：

LixC6+Li1-xFePO4=6C+LiFePO4。

某磷酸铁锂电池的切面如图所示，下列说法错误的是

A．放电时有NA个电子转移，就有1molLi+脱离石墨，经电解质嵌入正极

B．隔膜在反应过程中不允许Li+通过

C．充电时电池正极上发生的反应为：

LiFePO4-xe-=Li1-xFePO4+xLi

D．充电时电子从电源负极流出经铜箔流入阴极材料

【习题4】我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系，下列叙述错误的是（  ）

A．放电时，a极锂的化合价发生变化

B．电流的方向为a到b

C．a为电池的正极

D．放电时，溶液中Li+从b向a迁移

【习题5】一种可充电锂空气电池如图所示。

当电池放电时，O2与Li+在多孔碳材料电极处生成Li2O2-x（x=0或1）。

下列说法正确的是（）

A．放电时，多孔碳材料电极为负极

B．放电时，外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极

C．放电时，电解质溶液中Li+向锂电极迁移

D．放电时，电池总反应为2Li+（1-

）O2=Li2O2-x

【习题6】2019年诺贝尔化学奖授予三位开发锂离子电池的科学家。

某高能锂离子电池的反应方程式为

（x＜1）。

以该锂离子电池为电源、苯乙酮为原料制备苯甲酸的装置如图所示（苯甲酸盐溶液酸化后可以析出苯甲酸）。

下列说法正确的是

A．电池放电时，Li+向b极移动

B．电池充电时，a极反应式为LiCoO2－xe－=Lil－xCoO2+xLi+

C．M为阳离子交换膜

D．生成苯甲酸盐的反应为

+3IO−→

+CHI3+2OH-

【习题7】利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。

LiOH可由电解法制备，利用如图装置电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。

B极区电解液为_____________溶液（填化学式），阳极电极反应式为_______________，电解过程中Li+向________电极迁移（填“A”或“B”）。

【习题8】锂电池应用很广，某种锂离子电池，其正极材料可再生利用。

其正极材料有钴酸锂（LiCoO2）、导电剂乙炔黑和铝箔等。

充电时，该锂离子电池负极发生的反应为6C+xLi++xe-=LixC6，现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源（部分条件未给出）。

回答下列问题：

（1）写出“正极碱浸”中发生反应的化学方程式____________；

（2）“酸浸”一般在80℃下进行，写出该步骤中发生的主要氧化还原反应的化学方程式________________________；如果可用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合溶液，可能发生反应的离子方程式___________________________；

（3）写出“沉钴”过程中发生反应的化学方程式______________________________；

（4）充放电过程中，发生LiCoO2与Li1-xCoO2之间的转化，写出充电时正极的电极反应_____________________________________；

（5）在整个回收工艺中，可回收到的金属化合物有____________（填化学式）；

（6）最近美国和韩国的科学家合作研究出新型锂—空气电池，他们的锂—空气电池在放电过程中产生稳定的晶状超氧化锂（LiO2），超氧化锂可以很容易地分解成锂和氧，从而具有更高的效率和更长的循环寿命。

请写出该电池正极的电极反应____________。

【习题9】碳酸锂广泛应用于陶瓷和医药等领域，在水中的溶解度比较小。

以锂辉石（主要成分为Li2O，含有少量SiO2、Al2O3、Fe2O3）为原料制备Li2CO3的流程如下：

（1）写出“酸溶”时Li2O发生反应的离子方程式：

________________________________________________________。

（2）“除杂”时所用NaOH溶液不能过量，原因是___________________________________________。

（3）“除杂”时检验铁元素已完全除去的方法是____________________________________。

（4）写出“沉淀”时反应的化学方程式：

__________________________________________________。

（5）检验最终所得碳酸锂样品中是否含有Na2CO3的方法是：

____________________________________。

【习题10】因在航空、核能、电池等高技术领域的重要作用——锂被称为“21世纪的能源金属”。

完成下列填空：

（1）锂位于元素周期表的________。

锂的很多化学性质与镁相似，请依据元素周期律进行解释：

_________。

（2）氢化锂（LiH）是离子化合物，写出其阴离子的电子式_______________，LiH中阴离子半径大于阳离子半径，其原因是__________________________________________________。

（3）工业上用Li2CO3制取锂的化合物及金属锂。

碳原子核外电子有________种不同能量的电子，其中有两个电子的能量最高且能量相等，这两个电子所处的轨道是_____________________。

（4）用Li2CO3、氨水和液溴制备LiBr·H2O的流程如下：

①合成时，除生成LiBr外，还产生了两种参与大气循环的气体，补全产物并配平该反应的化学方程式：

Li2CO3+Br2+NH3·H2O→LiBr+（）__________。

②溴化锂的溶解度随温度变化曲线如图所示，请补全从溶液中得到LiBr·H2O晶体的实验步骤：

___________、过滤、用乙醇洗涤，干燥。

【习题11】锂是最轻的活泼金属，其单质及其化合物有广泛的用途。

回答下列问题：

（1）用碳酸锂和_______反应可制备氯化锂，工业上可由电解LiCl-KCl的熔融混合物生产金属锂，阴极上的电极反应式为__________________。

（2）不可使用二氧化碳灭火器扑灭因金属锂引起的火灾，其原因是________________。

（3）硬脂酸锂是锂肥皂的主要成分，可作为高温润滑油和油脂的稠化剂。

鉴别硬脂酸锂与硬脂酸钠、硬脂酸钾可采用的实验方法和现象分别是______________________。

（4）LiPF6易溶于有机溶剂，常用作锂离子电池的电解质。

LiPF6受热易分解，其热分解产物为PF5和__________。

【习题12】锂被誉为“金属味精”，以LiCoO2为正极材料的锂离子电池已被广泛用作便携式电源。

工业上常以β-锂辉矿（主要成分为LiAlSi2O6，还含有FeO、MgO、CaO等杂质）为原料来制取金属锂。

其中一种工艺流程如图所示：

已知：

①部分金属氢氧化物开始沉淀和完全沉淀时的pH如下表：

氢氧化物

Fe（OH）3

Al（OH）3

Mg（OH）2

开始沉淀pH

2.7

3.7

9.6

完全沉淀pH

3.7

4.7

11

②Li2CO3在不同温度下的溶解度如下表：

温度/℃

0

10

20

50

75

100

Li2CO3的溶解度/g

1.539

1.406

1.329

1.181

0.866

0.728

请回答下列问题：

（1）用氧化物形式表示LiAlSi2O6的组成：

________________________。

（2）反应Ⅱ加入碳酸钙的作用是___________________。

（3）流程中两次使用碳酸钠溶液，请说明前后两次使用中浓度不同的原因：

______________。

（4）洗涤所得Li2CO3沉淀要使用________（填“热水”或“冷水”），你选择的理由是________________。

（5）将盐酸与Li2CO3完全反应后的溶液，加热蒸干得到固体，再将其熔融电解生产锂。

电解时产生的氯气中会混有少量氧气，原因是：

__________________________。

（6）下列关于金属锂及碱金属的说法正确的是___________（填序号）。

A．锂是碱金属，其熔点高于钠B．根据对角线原则，氢氧化锂是强碱

C．金属锂的氧化物形式十分复杂D．碱金属中密度最小的是锂，其次是钠

13．氮化锂是一种优良的贮氢材料，它是一种紫色或红色的晶状固体，在空气中长期暴露，最终会变成碳酸锂。

氮化锂易水解生成氢氧化锂和氨气，在空气中加热能剧烈燃烧，特别是细粉末状的氮化锂；锂与氨反应生成LiNH2和H2。

实验室用干燥、纯净的N2与金属锂（密度为0.534g·cm-3）反应制取氮化锂。

某课题组拟选择下列装置完成实验（装置可重复使用）：

回答下列问题：

（1）若实验室用生石灰与浓氨水混合制备少量氨气，气流从左至右，选择上述装置制备少量氮化锂。

装置连接顺序为__________________________________________。

（2）E装置的作用是_____________________________；写出D中化学方程式为______________________________。

（3）实验步骤如下：

①装药品②引发反应产生氨气③检查装置气密性④点燃C处酒精灯⑤点燃D处酒精灯。

正确的先后顺序为________________________________。

（填序号）

（4）实验室保存锂的方法是______________；写出C中的化学方程式________________________________。

氮化锂的电子式为_______________________________________

（5）设计简单实验证明C中产物为氮化锂：

___________________________________。

【习题14】LiPF6是锂离子电池中广泛应用的电解质。

某工厂用LiF、PCl5为原料，低温反应制备LiPF6，其流程如下：

已知：

HCl的沸点是-85.0℃，HF的沸点是19.5℃。

（1）第①步反应中无水HF的作用是_____________、___________。

反应设备不能用玻璃材质的原因是_______________（用化学方程式表示）。

（2）该流程需在无水条件下进行，第③步反应中PF5极易水解，其产物为两种酸，写出PF5水解的化学方程式：

____________。

（3）第④步分离采用的方法是__________；第⑤步分离尾气中HF、HCl采用的方法是__________。

【习题15】氢化铝锂（LiAlH4）是有机合成中的重要还原剂。

某课题组设计实验制备氢化铝锂并测定其纯度。

已知：

氢化铝锂、氢化锂遇水都剧烈反应并产生同一种气体。

活泼金属硫化物与酸反应产生H2S气体。

Ⅰ、制备氢化锂：

选择下图中的装置制备氢化锂（有些装置可重复使用）：

（1）装置的连接顺序（从左至右）为A→___________________________________。

（2）检查好装置的气密性，打开装置A中分液漏斗的活塞后，点燃酒精灯前需进行的实验操作是________。

Ⅱ、制备氢化铝锂

1947年，Schlesinger、Bond和Finholt首次制得氢化铝锂，其方法是使氢化锂与无水三氯化铝按一定比例在乙醚中混合，搅拌，充分反应后，经一系列操作得到LiAlH4晶体。

（3）写出氢化锂与无水三氯化铝反应的化学方程式_________________________。

Ⅲ.测定氢化铝锂产品（不含氢化锂）的纯度

（4）按下图连接好装置后，检查装置气密性的操作是：

_____________________。

装好药品（Y形管中的蒸馏水足量，为了避免氢化铝锂遇水发生爆炸，蒸馏水中需掺入四氢呋喃作稀释剂），启动反应的操作是__________________。

（5）在标准状况下，反应前量气管（由碱式滴定管改装而成）读数为V1mL，反应完毕并冷却之后，量气管读数为V2mL。

该样品的纯度为_________（用含a、V1、V2的代数式表示）。

如果起始读数时俯视刻度线，测得的结果将_________（填“偏高”“偏低”或“无影响”）。