Question

【题目】磷及其化合物在工农业生产中具有重要用途。回答下列问题：

(1)下图所示为提纯白磷样品(含惰性杂质)的工艺流程。过程I中，被还原的元素是________(填元素符号)，过程III的化学方程式为__________。

(2)磷酸钒锂/碳复合材料[Li3V2(PO4)3/C]是常用的电极材料，其制备流程如下：

①复合材料中V的化合价为________，C的作用是____________。

②V2O5与H2C2O4反应生成V2(C2O4)3的化学方程式为____________；“洗涤”时用乙醇而不用水的目的是________________。

③锂离子电池是一种二次电池，又称“摇椅”电池。若用和LixC6和Li3V2(PO4)3/C做电极，放电时的电池总反应为LixC6＋Li3－xV2(PO4)3= Li3V2(PO4)3+C6，则电池充电时阳极的电极反应式为___________。

Answer 1

【答案】Cu、P 2 Ca3(PO4)2+6 SiO2+10C= 6CaSiO3+10CO↑+P4 +3 增强复合材料的导电性 V2O5+5H2C2O4= V2(C2O4)3+4CO2↑+5H2O 减少产品损耗 Li3V2(PO4)3-xe-= Li3－xV2(PO4)3+xLi+

【解析】

(1)根据图像，过程I中白磷与硫酸铜溶液反应生成磷酸和Cu3P；过程III中反应物为Ca3(PO4)2、SiO2和C，生成物为CaSiO3、CO和P4，结合氧化还原反应的规律分析解答；

(2)①复合材料Li3V2(PO4)3中锂元素化合价为+1价，磷酸根离子为-3价，根据正负化合价的代数和为0计算V的化合价；根据该复合材料是常用的电极材料，结合C是导体分析解答；②V2O5与H2C2O4反应生成V2(C2O4)3，V元素化合价降低则碳元素化合价升高，生成产物有二氧化碳和水，结合氧化还原反应的规律书写化学方程式；③根据放电的总反应可以得到充电时电池的总反应，结合电解原理分析解答。

(1)根据图像，过程I中白磷与硫酸铜溶液反应生成磷酸和Cu3P，其中P元素和Cu元素的化合价降低，被还原；过程III中反应物为Ca3(PO4)2、SiO2和C，生成物为CaSiO3、CO和P4，反应的化学方程式为2 Ca3(PO4)2+6SiO2+10C= 6CaSiO3+10CO↑+P4，故答案为：Cu、P；2 Ca3(PO4)2+6 SiO2+10C= 6CaSiO3+10CO↑+P4；

(2)①磷酸钒锂/碳复合材料[Li3V2(PO4)3/C]中磷酸根显-3价，锂显+1价，因此V的化合价为+3价，该复合材料是常用的电极材料，C为导体，可以增强复合材料的导电性，故答案为：+3；增强复合材料的导电性；

②V2O5与H2C2O4反应生成V2(C2O4)3过程中V的化合价由+5价降低为+3价，则草酸被氧化生成二氧化碳，根据得失电子守恒和原子守恒，反应的化学方程式为V2O5+5H2C2O4= V2(C2O4)3+4CO2↑+5H2O；Li3V2(PO4)3 能够溶于水，“洗涤”时用乙醇而不用水，可以减少产品损耗，故答案为：V2O5+5H2C2O4= V2(C2O4)3+4CO2↑+5H2O；减少产品损耗；

③该锂离子放电时的电池总反应为LixC6＋Li3－xV2(PO4)3= Li3V2(PO4)3+C6，则充电时电池的总反应为Li3V2(PO4)3+C6═LixC6+Li3-xV2(PO4)3，充电时阳极发生氧化反应，电极反应为：Li3V2(PO4)3-xe-=Li3-xV2(PO4)3+xLi+，故答案为：Li3V2(PO4)3-xe-=Li3-xV2(PO4)3+xLi+。