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

（1）为了防止亚铁化合物被氧化（3分）

（2）CO₂ H₂O NH₃（每空1分，共3分）

（3）Fe++Li⁺-2e^-====LiFePO₄+2H⁺（3分）

（4）

（3分）

（5）FePO₄+Li⁺+e^-====LiFePO₄（3分）

解析：本题以新型锂离子电池为载体，考查化学反应基本规律、电化学知识。

（1）认真读题，不难发现是由于要求生成Fe²⁺的缘故。

（2）依据元素原子守恒，题干指明产物全部为气体，可确定产物为CO₂、H₂O、NH₃。

（3）书写电极反应式遵循两步：先确定参与电极反应的物质为Fe，阳极失电子，写出Fe失去2e^-，再依据产物、介质，综合写出电极反应式。

（4）分析M结构，发现除有一个“”外，还有“”相当于2个“，故共消耗3 mol NaOH，

与NaOH生成Na₂CO₃。

（5）可充电电池，充电时阳极被氧化，放电时正极被还原。过程可逆，因此电极反应式相反。

充电—阳极：LiFePO₄-e^-====FePO₄+Li⁺；

放电—正极：Li⁺+FePO₄+e^-====LiFePO₄