Question

【題目】鋰離子電池廣泛應用于日常電子產品中，也是電動汽車動力電池的首選．正極材料的選擇決定了鋰離子電池的性能．磷酸鐵鉀(LiFePO4)以其高倍率性、高比能量、高循環特性、高安全性、低成本、環保等優點而逐漸成為“能源新星”。

（1）高溫固相法是磷酸鐵鋰生產的主要方法。通常以鐵鹽、磷酸鹽和鋰鹽為原料，按化學計量比充分混勻后，在惰性氣氛的保護中先經過較低溫預分解，再經高溫焙燒，研磨粉碎制成。其反應原理如下：

Li2CO3+2FeC2O42H2O+2NH4H2PO4═2NH3↑+3CO2↑+______+_______+_______

①完成上述化學方程式.

②理論上，反應中每轉移0.15mol電子，會生成LiFePO4______________g；

③反應需在惰性氣氛的保護中進行，其原因是______________；

（2）磷酸亞鐵鋰電池裝置如圖所示，其中正極材料橄欖石型LiFePO4通過粘合劑附著在鋁箔表面，負極石墨材料附著在銅箔表面，電解質為溶解在有機溶劑中的鋰鹽。

電池工作時的總反應為：LiFePO4+6CLi1-xFePO4+LixC6，則放電時，正極的電極反應式為______________。充電時，Li+遷移方向為______________(填“由左向右”或“由右向左”)，圖中聚合物隔膜應為______________(填“陽”或“陰”)離子交換膜。

（3）用該電池電解精煉銅。若用放電的電流強度I=2.0A的電池工作10分鐘，電解精煉銅得到銅0.32g，則電流利用效率為______________(保留小數點后一位)。(已知：法拉第常數F=96500C/mol，電流利用效率=100%)

（4）廢舊磷酸亞鐵鋰電池的正極材料中的LiFePO4難溶于水，可用H2SO4和H2O2的混合溶液浸取，發生反應的離子方程式為______________。

Answer 1

【答案】

（1）①2LiFePO4+2CO↑+5H2O↑

②23.7

③防止Fe(Ⅱ)被氧化

（2）Li1-xFePO4+xLi++xe-═LiFePO4；由左向右；陽；

（3）80.4%

（4）2LiFePO4+2H++H2O2═2Li++2Fe3++2PO43-+2H2O

【解析】

試題分析：（1）①由原子守恒可知，Li2CO3+2FeC2O42H2O+2NH4H2PO4 ═2LiFePO4+2NH3↑+3CO2↑+2CO↑+7H2O↑；故答案為：2LiFePO4+2CO↑+5H2O↑；

②C2O42-中C的化合價為+3價，生成CO和CO2，C元素的化合價分別為+2價、+3價，生成2molCO轉移2mol電子，同時生成2molLiFePO4，則當反應中每轉移0.15mol電子，生成0.15molLiFePO4，其質量為23.7g；故答案為：23.7；

③亞鐵離子容易被氧氣氧化，所以要隔絕氧氣，即反應需在惰性氣氛的保護中進行；

故答案為：防止Fe(II)被氧化；

（2）電池工作時的總反應為：LiFePO4+6CLi1-xFePO4+LixC6，放電時，Li1-xFePO4在正極上得電子發生氧化反應，正極反應為Li1-xFePO4+xLi++xe-═LiFePO4；充電時，正極與外接電源的正極相連為陽極，陽離子向陰極移動，即Li+由左向右移動；電解質為鋰鹽，鋰離子通過交換膜向正極移動，所以交換膜應該為陽離子交換膜；故答案為：Li1-xFePO4+xLi++xe-═LiFePO4；由左向右；陽；

（3）電解精煉銅得到銅0.32g時，即銅的物質的量為=0.005mol，所以電解消耗的電量Q=2×0.005mol×96500C/mol，根據放電的電流強度I=2.0A，電池工作10分鐘，可計算得電池的輸出電量Q=It=2.0×10×60=1200C，所以電流利用效率＝×100%=×100%=80.4%，故答案為：80.4%

（4）②LiFePO4中亞鐵離子在酸性條件下，被雙氧水氧化為鐵離子，則發生反應的離子方程式為2LiFePO4+2H++H2O2═2Li++2Fe3++2PO43-+2H2O；故答案為：2LiFePO4+2H++H2O2 ═2Li++2Fe3++2PO43-+2H2O。