铝是一种高能量载体，是开发电池的理想电极材料。如图所示的室温铝二次电池，采用有机阳离子(E...

铝是一种高能量载体，是开发电池的理想电极材料。如图所示的室温铝二次电池，采用有机阳离子(EMIm)和AlCl4－组成的离子液体为电解液，有关反应为Al＋Mn2O4AlMn2O4 下列说法正确的是

A．电池放电时，AlCl4－向Y极扩散

B．电池放电时，X是正极

C．电池充电时X极的反应为：4Al2Cl7－　 ＋3e－=Al＋7AlCl4－

D．铝作为负极材料的比能量高于锂

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我国科学家成功研制出新型铝-石墨烯(Cn)可充电电池，电解质为阳离子(EMIM+)与阴离子(AlCl4-)组成的离子液体，该电池放电过程示意图如右。下列说法错误的是

A. 放电时铝为负极，发生氧化反应

B. 放电时正极的反应为：Cn＋AlCl4--e－=Cn[AlCl4]

C. 充电时石墨烯与电源的正极相连

D. 充电时的总反应为：3Cn＋4Al2Cl7-=Al＋4AlCl4-＋3Cn[AlCl4]

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最近中美研究人员发明了一种可快速充放电的铝离子电池，该电池电解质为离子液体{AlCl3/[EMIM]Cl}，放电时有关离子转化如图所示．下列说法正确的是（　 ）

A．放电时，负极发生：2AlCl4﹣﹣e﹣=Al2Cl7﹣+Cl﹣

B．放电时，电路中每流过3mol电子，正极减少27g

C．充电时，泡沫石墨极与外电源的负极相连

D．充电时，阴极发生：4Al2Cl7﹣+3e﹣=Al+7AlCl4﹣

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2015年中美专家研制出可在一分钟内完成充电的超常性能铝离子电池，分别以金属铝和石墨为电极，用AlCl4－、A12C17－和有机阳离子组成电解质溶液，其放电工作原理如下图所示。下列说法不正确的是

A．放电时，铝为负极、石墨为正极

B．充电时的阳极反应为： Cn+ AlCl4－－e－= Cn AlCl4

C．放电时的负极反应为： Al－3e－+7 AlCl4－===4A12C17－

D．放电时，有机阳离子向铝电极方向移动

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2015年中美专家研制出可在一分钟内完成充电的超常性能铝离子电池，分别以金属铝和石墨为电极，用AlCl4-、A12C17-和有机阳离子组成电解质溶液，其放电工作原理如右图所示。下列说法不正确的是

A．放电时，铝为负极、石墨为正极

B．充电时的阳极反应为：Cn+ AlCl4--e-= Cn AlCl4

C．放电时的负极反应为：Al-3e-+7 AlCl4-=4A12C17-

D．放电时，有机阳离子向铝电极方向移动

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2015年中美专家研制出可在一分钟内完成充电的超常性能铝离子电池，分别以金属铝和石墨为电极，用AlCl4－、A12C17－和有机阳离子组成电解质溶液，其放电工作原理如右图所示。下列说法不正确的是

A．放电时，铝为负极、石墨为正极

B．充电时的阳极反应为：Cn+AlCl4－－e－=CnAlCl4

C．放电时的负极反应为：Al－3e－+7AlCl4－=4A12C17－

D．放电时，有机阳离子向铝电极方向移动

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近几年，具有超常性能的铝离子电池成为研究热点，其可在一分钟内完成充放电。铝与石墨为电极，内部用AlCl4－和有机阳离子构成电解质溶液，其放电工作原理如图所示。下列说法错误的是

A. 放电时，有机阳离子向石墨电极方向移动

B. 放电时，正极的电极反应式为：Cn[AlCl4]+e－=Cn+AlCl4－

C. 充电时，每生成1mol铝，同时消耗4molAl2Cl7－

D. 充电时铝电极接电源负极，该极有Cn[AlCl4]生成

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（16分）离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系，由有机阳离子、Al2Cl7—和AlCl4—组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。

（1）钢制品应接电源的　　　　　 极，已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，阴极电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。若改用AlCl3水溶液作电解液，则阴极产物为　　　　 。

（2）为测定镀层厚度，用NaOH溶液溶解钢制品表面的铝镀层，当反应转移6 mol电子时，所得还原产物的物质的量为　　　　　　　 mol。

（3）用铝粉和Fe2O3做铝热反应实验，需要的试剂还有　　　　　　　　　　　　 。

a．KCl　　　　 b. KClO3　　 c. MnO2　　 d. Mg

取少量铝热反应所得到的固体混合物，将其溶于足量稀H2SO4，滴加KSCN溶液无明显现象，　　　　 （填“能”或“不能”）说明固体混合物中无Fe2O3，理由是　　　　　　　　　　　　　　 （用离子方程式说明）。　　

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（共13分）I（7分）离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系，由有机阳离子、Al2Cl7—和AlCl4—组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。

（1）钢制品应接电源的　　　　　 极，已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，阴极电极反应式为　　　　　　 。若改用AlCl3水溶液作电解液，则阴极产物为　　 。

（2）为测定镀层厚度，用NaOH溶液溶解钢制品表面的铝镀层，当反应转移6 mol电子时，所得还原产物的物质的量为　　　　　　　 mol。

（3）用铝粉和Fe2O3做铝热反应实验，需要的试剂还有　　　　　　　　　　　　 。

a．KCl　　　 　　 b.KClO3　 　　　 　 c.MnO2　　 　　　 d.Mg

取少量铝热反应所得到的固体混合物，将其溶于足量稀H2SO4，滴加KSCN溶液无明显现象，　　　　 （填“能”或“不能”）说明固体混合物中无Fe2O3，理由是　　　　　　　　 （用离子方程式说明）。

II（6分）燃料电池(Fuel Cell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。

（4）美国Simons等科学家发明了使NH3直接用于燃料电池的方法，其装置为用铂作为电极，加入电解质溶液中，其电池反应为 4NH3+3O2=2N2+6H2O

写出该燃料电池的正极反应式 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

（5）以天然气(假设杂质不参与反应)为原料的燃料电池示意图如图所示。

①放电时，负极的电极反应式为：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

②假设装置中盛装100.0 mL 3.0 mol·L—1 KOH溶液，放电时参与反应的氧气在标准状况下体积为8960 mL。放电完毕后，电解质溶液中各离子浓度的大小关系为：　　　　　　　　　　　　　　　　

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2019年诺贝尔化学奖授予在开发锂离子电池方面做出卓越贡献的三位化学家。锂被誉为“高能金属”,是锂离子电池的电极材料。工业上常用β锂辉矿(主要成分为Li2O·Al2O3·4SiO2以及少量钙、镁杂质)和氟磷灰石(Ca5P3FO12)为原料制取锂离子电池正极材料LiFePO4,工艺流程如图:

已知:①残留在溶液中的离子浓度小于10-5 mol·L-1 说明该离子沉淀完全;

②常温下，Ksp[Al(OH)3]=2.7×10-34、Ksp[Mg(OH)2]= 1.2×10-1 ;

③LiFePO4难溶于水。

回答下列问题:

（1）氟磷灰石(Ca5P3FO12 )中磷元素的化合价为______ , 滤渣2的主要成分是______(写化学式)。

（2）操作I所需的玻璃仪器名称有烧杯____________，操作 3的名称是_____________。

（3）蒸发浓缩Li2SO4溶液的目的是_____________________。

（4）写出合成反应的离子方程式:____________________________________。

（5）一种锂离子电池的反应原理为LiFePO4Li+FePO4。写出放电时正极电极反应式:_____________________________。

（6）若某企业制备110.6 t纯净的LiFePO4,需要300t含氧化锂5%的β锂辉矿石,则锂元素的利用率为__________________。

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