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[（CH₃COO）₂Fe]、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】分析：（1）亚铁离子具有强还原性，制备过程中要防止亚铁化合物被氧化；
（2）可从质量守恒的角度判断气体产物；
（3）阳极铁失电子生成磷酸亚铁锂；
（4）M具有酯基，在碱性条件下可发生水解；
（5）根据锂离子电池在充电过程中的阳极产物，可写出电解的阳极电极反应式，电池放电时正极反应式与电解阳极反应式相反．
解答：解：（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，故答案为：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，故答案为：CO₂；H₂O；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⁺，
故答案为：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：，
故答案为：；
（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，故答案为：FePO₄+Li⁺+e^-═LiFePO₄．
点评：本题考查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．