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(dòng)汽車的動(dòng)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(shí)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(yáng)極，石墨為陰極，電解析出磷酸亞鐵鋰沉淀．沉淀經(jīng)過(guò)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(jī)聚合物作為正負(fù)極之間鋰離子遷移的介質(zhì)，該有機(jī)聚合物的單體之一（用M表示）的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式如下：
請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）上述兩種方法制備磷酸亞鐵鋰的過(guò)程都必須在惰性氣體氛圍中進(jìn)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(xué)式）生成．
（3）在方法二中，陽(yáng)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(xué)方程式：______．
（5）已知該鋰離子電池在充電過(guò)程中，陽(yáng)極的磷酸亞鐵鋰生成磷酸鐵，則該電池放電時(shí)正極的電極反應(yīng)式為______．

Answer 1

【答案】分析：（1）亞鐵離子具有強(qiáng)還原性，制備過(guò)程中要防止亞鐵化合物被氧化；
（2）可從質(zhì)量守恒的角度判斷氣體產(chǎn)物；
（3）陽(yáng)極鐵失電子生成磷酸亞鐵鋰；
（4）M具有酯基，在堿性條件下可發(fā)生水解；
（5）根據(jù)鋰離子電池在充電過(guò)程中的陽(yáng)極產(chǎn)物，可寫出電解的陽(yáng)極電極反應(yīng)式，電池放電時(shí)正極反應(yīng)式與電解陽(yáng)極反應(yīng)式相反．
解答：解：（1）亞鐵離子具有強(qiáng)還原性，制備磷酸亞鐵鋰的過(guò)程都必須在惰性氣體氛圍中進(jìn)行，其原因是為了防止亞鐵化合物被氧化，故答案為：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(tài)磷酸亞鐵鋰、乙酸及其它產(chǎn)物均以氣體逸出．根據(jù)題意和元素守恒，可得其他產(chǎn)物為：CO₂、H₂O和NH₃，故答案為：CO₂；H₂O；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(yáng)極，石墨為陰極，電解析出磷酸亞鐵鋰沉淀．陽(yáng)極鐵失電子生成磷酸亞鐵鋰，電極反應(yīng)式為Fe+H₂PO₄^-+Li⁺-2e^-=LiFePO₄+2H⁺，
故答案為：Fe+H₂PO₄^-+Li⁺-2e^-=LiFePO₄+2H⁺；
（4）M具有酯基，在堿性條件下可發(fā)生水解，M與足量氧化鈉溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式：，
故答案為：；
（5）鋰離子電池在充電過(guò)程中，陽(yáng)極的磷酸亞鐵鋰生成磷酸鐵，電極反應(yīng)為L(zhǎng)iFePO₄═FePO₄+Li⁺+e^-，該電池放電時(shí)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，與充電時(shí)的陽(yáng)極反應(yīng)相反，電極反應(yīng)式為
FePO₄+Li⁺+e^-═LiFePO₄，故答案為：FePO₄+Li⁺+e^-═LiFePO₄．
點(diǎn)評(píng)：本題考查原電池和電解質(zhì)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(yīng)，把握電極反應(yīng)式的書寫方法，為中學(xué)電化學(xué)�？疾閮�(nèi)容．