Question

20．Ⅰ．Li-Al/FeS電池是一種正在開發的車載電池，該電池中正極的電極反應式為2Li⁺+FeS+2e^-═Li₂S+Fe，則該電池的總反應式為2Li+FeS═Li₂S+Fe．
Ⅱ．鋰一黃鐵礦高容量電池，由于其污染小、成本低、電容量大、黃鐵礦儲備豐富而有望取代目前市場的堿性電池．制取高純度黃鐵礦的工藝流程如圖：
（1）已知：K_sp（FeS=1.59×10^-19，K_sp[Fe（OH）₂]=4.87×10^-17，為得到較純的FeS沉淀，最好在FeCl₂ 溶液中加入的試劑為A（填序號）
A．（NH₄）₂S     B．CuS    C．H₂S     D．Na₂S
（2）關于白鐵礦與黃鐵礦下列判斷錯誤的是A（填序號）
A．屬于同素異形體
B．因為晶體結構不同而導致性質有差別
C．黃鐵礦比白鐵礦更穩定
（3）反應Ⅲ制取 S₂^2-時，溶液必須保持為堿性，除了S^2- 與酸反應外，還有更重要的原因是（用離子方程式表示）S₂^2-+2H⁺=S↓+H₂S↑．
（4）室溫下，Li/FeS₂ 二次電池所用的電解質是非水液體電解質，放電行為與溫度有關．
①該電池電解質為非水液體電解質，原因是鋰會和水反應產生自放電現象．
②溫度低時，鋰與FeS₂反應只生成A物質，產生第一次放電行為；溫度升高，鋰與A繼續反應（產物之一為Fe），產生第二次放電行為．若二次行為均進行完全且放電量恰好相等．請寫出化學反應方程式：
第一次放電：2Li+FeS₂=Li₂FeS₂；第二次放電：2Li+Li₂FeS₂=2Li₂S+Fe．
（5）制取高純度黃鐵礦的另一種方法是：以LiCl-KC1低共熔點混合物為電解質，FeS為陽極，Al為陰極，在適當的電壓下電解．寫出陽極反應式2FeS-2e^-=FeS₂+Fe²⁺．

Answer 1

分析 Ⅰ．Li-Al/FeS電池是一種二次電池，原電池工作時，較為活潑的單質鋰作負極，正負極反應相加可得反應的電池總反應；
Ⅱ．（1）根據Ksp的意義，越是Ksp小的物質越容易生成，注意不能引進雜質離子，據此回答；
（2）A．同素異形體是同種元素組成的單質；
B．黃鐵礦和白鐵礦的分子式是一樣的性質有差別；
C．黃鐵礦是白鐵礦加熱下的產物．
（3）S₂^2-在酸性環境下可以發生自身氧化還原反應；
（4）①金屬鋰可以和水之間反應生成氫氧化鋰和氫氣；
②根據信息：第一次放電行為的反應是溫度低時，鋰與FeS₂反應只生成A物質；第二次放電行為的反應是：溫度升高，鋰與A繼續反應（產物之一為Fe），據此回答；
（5）FeS為陽極，Al為陰極，陽極上會發生失電子的氧化反應，據此書寫電極反應．

解答 解：Ⅰ．該電池中正極的電極反應式為：2Li⁺+FeS+2e^-═Li₂S+Fe；負極的電極反應式為：Li-e^-═Li⁺．正負極反應相加可得反應的電池總反應為2Li+FeS═Li₂S+Fe，故答案為：2Li+FeS═Li₂S+Fe；
Ⅱ．（1）越是Ksp小的物質越容易生成，CuS、H₂S都和氯化亞鐵之間不反應，硫化銨可以和氯化亞鐵之間反應得到硫化亞鐵沉淀，但是硫化鈉的溶液堿性較強，不可避免的會產生氫氧化亞鐵雜質，所以A更適宜．
故選A；
（2）A．同素異形體是同種元素組成的單質，但是黃鐵礦和白鐵礦是化合物，故A錯誤；
B．黃鐵礦和白鐵礦的分子式是一樣的，因為晶體結構不同而導致性質有差別，故B正確；
C．黃鐵礦是白鐵礦加熱下的產物，由此可見黃鐵礦比白鐵礦更穩定，故C正確；
故選A；
（3）S₂^2-在酸性環境下可以發生自身氧化還原反應，即S₂^2-+2H⁺=S↓+H₂S↑，故答案為：S₂^2-+2H⁺=S↓+H₂S↑；
（4）①金屬鋰可以和水之間反應生成氫氧化鋰和氫氣；
②根據信息：第一次放電行為的反應是溫度低時，鋰與FeS₂反應只生成A物質，即2Li+FeS₂=Li₂FeS₂，第二次放電行為的反應是：溫度升高，鋰與A繼續反應（產物之一為Fe），發生的反應為：2Li+Li₂FeS₂=2Li₂S+Fe，故答案為：2Li+FeS₂=Li₂FeS₂；2Li+Li₂FeS₂=2Li₂S+Fe；
（5）FeS為陽極，Al為陰極，陽極上會發生失電子的氧化反應，發生的電極反應為：2FeS-2e^-=FeS₂+Fe²⁺，故答案為：2FeS-2e^-=FeS₂+Fe²⁺．

點評 本題綜合考查學生元素以及化合物的性質、電化學反應原理等基本知識，屬于綜合知識的考查，難度中等．