Question

新型锂离子电池在新能源的开发中占有重要地位。可用作节能环保电动汽车的动力电池。磷酸亚铁锂（LiFePO₄）是新型锂离子电池的首选电极材料，它的制备方法如下：

方法一：将碳酸锂、乙酸亚铁［(CH_3­COO) Fe］、磷酸二氢铵按一定比例混合、充分研磨后，在800℃左右、惰性气体氛围中煅烧制得晶态磷酸亚铁锂，同时生成的乙酸及其它产物均以气体逸出。

方法二：将一定浓度的磷酸二氢铵、氯化锂混合溶液作为电解液，以铁棒为阳极，石墨为阴极，电解析出磷酸亚铁锂沉淀。沉淀经过滤、洗涤、干燥，在800℃左右、惰性气体氛围中煅烧制得晶态磷酸亚铁锂。

在锂离子电池中，需要一种有机聚合物作为正负极之间锂离子迁移的介质，该有机聚合物的单体之一（用M表示）的结构简式如下：

请回答下列问题：

（1）上述两种方法制备磷酸亚铁锂的过程都必须在惰性气体氛围中进行。其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

（2）在方法一所发生的反应中， 除生成磷酸亚铁锂、乙酸外， 还有　　　　　　　　、　　　　　　　　、　　　　　　　　（填化学式）生成。

（3）在方法二中，阳极生成磷酸亚铁锂的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

（4）写出M与足量氢氧化钠溶液反应的化学方程式：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

（5）已知该锂离子电池在充电过程中，阳极的磷酸亚铁锂生成磷酸铁，则该电池放电时正极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

 

Answer 1

【答案】

（1）防止亚铁化合物被氧化     (3分) 

（2）CO  HO   NH₃                 (3分）

（3）Fe+HP+Li⁺2e＝LiFePO₄+2H⁺      (3分)

（4）  (3分)

（5）FePO₄+Li⁺+e=LiFePO₄             (3分)      

【解析】

试题分析：（1）亚铁离子具有强还原性，制备磷酸亚铁锂的过程都必须在惰性气体氛围中进行，其原因是为了防止亚铁化合物被氧化；（2）将碳酸锂、乙酸亚铁、磷酸二氢铵在800℃左右、惰性气体氛围中煅烧制得晶态磷酸亚铁锂、乙酸及其它产物均以气体逸出．根据题意和元素守恒，可得其他产物为：CO₂、H₂O和NH₃；（3）将一定浓度的磷酸二氢铵、氯化锂混合溶液作为电解液，以铁棒为阳极，石墨为阴极，电解析出磷酸亚铁锂沉淀．阳极铁失电子生成磷酸亚铁锂，电极反应式为Fe+H₂PO₄^-+Li⁺-2e^-=LiFePO₄+2H⁺；（4）M具有酯基，在碱性条件下可发生水解，M与足量氧化钠溶液反应的化学方程式：，；（5）锂离子电池在充电过程中，阳极的磷酸亚铁锂生成磷酸铁，电极反应为LiFePO₄═FePO₄+Li⁺+e^-，该电池放电时，正极发生还原反应，与充电时的阳极反应相反，电极反应式为FePO₄+Li⁺+e^-═LiFePO₄。

考点：本题考查了原电池和电解质的工作原理，题目难度中等，本题注意原电池、电解池的两极反应，把握电极反应式的书写方法，为中学电化学常考查内容。