Question

【題目】LiFePO4用于鋰離子二次電池的電極材料，可由LiI和FePO4制備。

（1）FePO4難溶于水，制備方法如下：

Ⅰ.用稍過量的稀H2SO4溶解廢鐵屑，加熱，攪拌，過濾；

Ⅱ.向?yàn)V液中加入一定量的H2O2；

Ⅲ.向含F(xiàn)e3+的溶液加入Na2HPO4溶液，過濾后經(jīng)進(jìn)一步處理得FePO4。

①Ⅰ中反應(yīng)進(jìn)行完全的現(xiàn)象是__________________________________。

②用離子方程式說明H2O2的作用是_______________________________。

③Na2HPO4溶液顯堿性的原因是_________________________。

（2）制備LiFePO4：將FePO4與LiI混合，在惰性氣氛中加熱，制得LiFePO4。化合物L(fēng)iI中碘離子的作用是___________。

（3）鋰離子二次電池的負(fù)極材料為金屬鋰和石墨的復(fù)合材料（石墨作為金屬鋰的載體），電池反應(yīng)為：FePO4(s)+Li(s)LiFePO4(s)，裝置如下：

①該電池不能用電解質(zhì)水溶液，原因是___________。

②放電時，b極的電極反應(yīng)式是____________。

Answer 1

【答案】 不再產(chǎn)生氣泡 2Fe2+ + 2H+ + H2O2 = 2Fe3+ + 2H2O 由于HPO42-可以電離：HPO42- PO43- + H+ ，又可以水解：HPO42- +H2O H2PO4- + OH-，且水解程度大于電離程度，所以溶液溶解顯堿性。 作還原劑 金屬Li可與水發(fā)生反應(yīng)（或2Li + 2H2O ＝2LiOH + H2↑） FePO4 +Li+ +e- =LiFePO4

【解析】(1)用稍過量的稀H2SO4溶解廢鐵屑，濾液中主要溶質(zhì)為FeCl2，向?yàn)V液中加入過氧化氫將亞鐵離子氧化成Fe3+，向含Fe3+的溶液加入Na2HPO4溶液，過濾后經(jīng)進(jìn)一步處理得FePO4。

①稀H2SO4溶解廢鐵屑時，有氫氣產(chǎn)生，當(dāng)反應(yīng)完全時，則不再產(chǎn)生氣泡，故答案為：不再產(chǎn)生氣泡；

②向?yàn)V液中加入過氧化氫將亞鐵離子氧化成Fe3+，過氧化氫被還原為水，離子方程式為：2Fe2++2H++H2O2=2Fe3++2H2O，故答案為：2Fe2++2H++H2O2=2Fe3++2H2O；

③Na2HPO4溶液顯堿性的原因是由于HPO42-可以電離：HPO42-PO43-+H+，又可以水解：HPO42-+H2OH2PO4-+OH-，且水解程度大于電離程度，所以溶液溶解顯堿性，故答案為：由于HPO42-可以電離：HPO42-PO43-+H+，又可以水解：HPO42-+H2OH2PO4-+OH-，且水解程度大于電離程度，所以溶液溶解顯堿性；

(2)將FePO4與LiI混合，在惰性氣氛中加熱，制得LiFePO4，鐵元素的化合價從+3價降到+2價，得到電子，說明化合物LiI中碘離子失去電子作還原劑，故答案為：還原劑；

(3)①金屬Li可與水發(fā)生反應(yīng)(或2Li+2H2O=2LiOH+H2↑)，故應(yīng)為非水材料，故答案為：金屬Li可與水發(fā)生反應(yīng)(或2Li+2H2O=2LiOH+H2↑)；

②根據(jù)鋰離子電池的電池反應(yīng)式為：FePO4(s)+Li(s)LiFePO4(s)，可知，放電時，Li的化合價升高，被氧化，a為原電池的負(fù)極，負(fù)極的電極反應(yīng)式：Li-e-=Li+； b為正極，正極上發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為FePO4 +Li+ +e- =LiFePO4，故答案為：FePO4 +Li+ +e- =LiFePO4。