Question

新型鋰離子電池在新能源的開發(fā)中占有重要地位，可用作節(jié)能環(huán)保電動汽車的動力電池。磷酸亞鐵鋰（LiFePO₄）是新型鋰離子電池的首選電極材料，它的制備方法如下：

方法一：將碳酸鋰、乙酸亞鐵［（CH₃COO）₂Fe］、磷酸二氫銨按一定比例混合、充分研磨后，在800 ℃左右、惰性氣體氛圍中煅燒制得晶態(tài)磷酸亞鐵鋰，同時生成的乙酸及其它產(chǎn)物均以氣體逸出。

方法二：將一定濃度的磷酸二氫銨、氯化鋰混合溶液作為電解液，以鐵棒為陽極，石墨為陰極，電解析出磷酸亞鐵鋰沉淀。沉淀經(jīng)過濾、洗滌、干燥，在800 ℃左右、惰性氣體氛圍中煅燒制得晶態(tài)磷酸亞鐵鋰。

在鋰離子電池中，需要一種有機聚合物作為正負極之間鋰離子遷移的介質(zhì)，該有機聚合物的單體之一（用M表示）的結(jié)構(gòu)簡式如下：

請回答下列問題：

（1）上述兩種方法制備磷酸亞鐵鋰的過程都必須在惰性氣體氛圍中進行。其原因是______________________________________________________。

（2）在方法一所發(fā)生的反應(yīng)中，除生成磷酸亞鐵鋰、乙酸外，還有_________、_________、_________（填化學式）生成。

（3）在方法二中，陽極生成磷酸亞鐵鋰的電極反應(yīng)式為__________________。

（4）寫出M與足量氫氧化鈉溶液反應(yīng)的化學方程式：___________________________。

（5）已知該鋰離子電池在充電過程中，陽極的磷酸亞鐵鋰生成磷酸鐵，則該電池放電時正極的電極反應(yīng)式為___________________________。

 

Answer 1

（1）為了防止亞鐵化合物被氧化（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：本題以新型鋰離子電池為載體，考查化學反應(yīng)基本規(guī)律、電化學知識。

（1）認真讀題，不難發(fā)現(xiàn)是由于要求生成Fe²⁺的緣故。

（2）依據(jù)元素原子守恒，題干指明產(chǎn)物全部為氣體，可確定產(chǎn)物為CO₂、H₂O、NH₃。

（3）書寫電極反應(yīng)式遵循兩步：先確定參與電極反應(yīng)的物質(zhì)為Fe，陽極失電子，寫出Fe失去2e^-，再依據(jù)產(chǎn)物、介質(zhì)，綜合寫出電極反應(yīng)式。

（4）分析M結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)除有一個“”外，還有“”相當于2個“，故共消耗3 mol NaOH，

與NaOH生成Na₂CO₃。

（5）可充電電池，充電時陽極被氧化，放電時正極被還原。過程可逆，因此電極反應(yīng)式相反。

充電—陽極：LiFePO₄-e^-====FePO₄+Li⁺；

放電—正極：Li⁺+FePO₄+e^-====LiFePO₄