Question

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遷移的介質，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與足量氫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為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

Answer 1

（1）防止亞鐵化合物被氧化     (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)     

解析試題分析：（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：CO₂、H₂O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．陽極鐵失電子生成磷酸亞鐵鋰，電極反應式為Fe+H₂PO₄^-+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：，；（5）鋰離子電池在充電過程中，陽極的磷酸亞鐵鋰生成磷酸鐵，電極反應為LiFePO₄═FePO₄+Li⁺+e^-，該電池放電時，正極發生還原反應，與充電時的陽極反應相反，電極反應式為FePO₄+Li⁺+e^-═LiFePO₄。
考點：本題考查了原電池和電解質的工作原理，題目難度中等，本題注意原電池、電解池的兩極反應，把握電極反應式的書寫方法，為中學電化學常考查內容。