Question

（15分）新型鋰離子電池在新能源的開發中占有重要地位。可用作節能環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［(CH_3­COO) Fe］、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磷酸亞鐵鋰，同時生成的乙酸及其它產物均以氣體逸出。

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。沉淀經過濾、洗滌、干燥，在800℃左右、惰性氣體氛圍中煅燒制得晶態磷酸亞鐵鋰。

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選移的介質，該有機聚合物的單體之一（用M表示）的結構簡式如下：

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）在方法一所發生的反應中，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式為

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

（4）寫出M與足量氧化鈉溶液反應的化學方程式：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

（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式　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

 

Answer 1

（1）為了防止亞鐵化合物被氧化                                        

（2）CO            HO             NH₃                            （每空1分，共3分）

（3）Fe+HP+Li⁺2e＝LiFePO₄+2H⁺                                 （3分）

（4）     （3分）

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

解析:

（1）亞鐵離子具有強還原性，制備磷酸亞鐵鋰的過程都必須在惰性氣體氛圍中進行。其原因是為了防止亞鐵化合物被氧化

（2）將碳酸鋰、乙酸亞鐵、磷酸二氫銨在800℃左右、惰性氣體氛圍中煅燒制得晶態磷酸亞鐵鋰、乙酸及其它產物均以氣體逸出。根據題意和元素守恒，可得其他產物為：CO      、HO  和NH₃ 。

（3）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。陽極生成磷酸亞鐵鋰的電極反應式為Fe+HP+Li⁺2e＝LiFePO₄+2H⁺    

 (4) M具有酯基，在堿性條件下可發生水解，M與足量氧化鈉溶液反應的化學方程式：