Question

【題目】磷酸亞鐵鋰LiFePO4是一種新型汽車鋰離子電池的電極材料。某化工廠以鐵紅、鋰輝石LiAl（SiO3）2（含少量Ca2+、Mg2+的鹽）、碳粉等原料來生產(chǎn)磷酸亞鐵鋰。其主要工藝流程如圖：

已知：2LiAl（SiO3）2+H2SO4(濃)Li2SO4+Al2O3·4SiO2·H2O↓

溫度/℃	20	40		60	80
溶解度(Li2CO3)/g	1.33	1.17		1.01	0.85
溶解度(Li2SO4)/g	34.2	32.8		31.9	30.7

（1）從濾渣Ⅰ中可分離出Al2O3，如圖所示。請寫出生成沉淀的離子方程式___。

（2）濾渣Ⅱ的主要成分是：___（填化學(xué)式）。

（3）向?yàn)V液Ⅱ中加入飽和Na2CO3溶液，過濾后，用“熱水洗滌”的原因是___。

（4）寫出在高溫下生成磷酸亞鐵鋰的化學(xué)方程式：___。

（5）磷酸亞鐵鋰電池總反應(yīng)為：FePO4+LiLiFePO4，電池中的固體電解質(zhì)可傳導(dǎo)Li+。試寫出該電池放電時的正極反應(yīng)：___。若用該電池電解飽和食鹽水（電解池電極均為惰性電極），當(dāng)電解池兩極共有4480mL氣體（標(biāo)準(zhǔn)狀況）產(chǎn)生時，該電池消耗鋰的質(zhì)量為___。

Answer 1

【答案】Al3++3NH3·H2O=Al(OH)3↓+3NH4+ Mg(OH)2、CaCO3 Li2CO3的溶解度隨溫度升高而減小，熱水洗滌可減少Li2CO3的損失 2FePO4+Li2CO3+2C2LiFePO4+3CO↑ FePO4+Li++e-=LiFePO4 1.4g

【解析】

鋰輝石中加入濃硫酸，2LiAl(SiO3)2+H2SO4(濃)Li2SO4+Al2O34SiO2H2O↓，Al2O34SiO2H2O沉淀出來，即濾渣I，濾液I中含有Li2SO4、MgSO4、CaSO4，向?yàn)V液中加入NaOH、Na2CO3，鎂離子和NaOH反應(yīng)生成氫氧化鎂沉淀，鈣離子和碳酸鈉反應(yīng)生成碳酸鈣沉淀，所以濾渣II為Mg(OH)2、CaCO3，濾液II中含有硫酸鋰，向?yàn)V液中加入飽和碳酸鈉得到碳酸鋰沉淀；鐵紅和磷酸反應(yīng)生成磷酸鐵，C、磷酸鐵和碳酸鋰在高溫下反應(yīng)生成LiFePO4，據(jù)此分析解答。

(1)濾渣I的主要成分為Al2O34SiO2H2O，將濾渣Ⅰ溶于酸得到鋁離子，氫氧化鋁不溶于弱堿但能溶于強(qiáng)堿，所以過量的試劑為氨水，向溶液中加入氨水得到Al(OH)3沉淀，灼燒Al(OH)3沉淀得到Al2O3，所以生成沉淀的反應(yīng)為鋁離子與氨水的反應(yīng)，反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式為：Al3++3NH3H2O=Al(OH)3↓+3NH4+，故答案為：Al3++3NH3H2O=Al(OH)3↓+3NH4+；

(2)濾液I中存在Ca2+、Mg2+離子，經(jīng)過調(diào)解pH值后，Ca2+、Mg2+沉淀分別得到氫氧化鎂和碳酸鈣，所以濾渣Ⅱ的主要成分是Mg(OH)2、CaCO3，故答案為：Mg(OH)2、CaCO3；

(3)向?yàn)V液Ⅱ中加入飽和Na2CO3溶液，過濾后，用“熱水洗滌”；根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知，碳酸鋰的溶解度隨溫度升高而減小，用“熱水洗滌”，可以減少沉淀的損失，故答案為：Li2CO3的溶解度隨溫度升高而減小，熱水洗滌可減少Li2CO3的損失；

(4)依據(jù)圖示可知反應(yīng)物為FePO4、Li2CO3和C，產(chǎn)物為CO和LiFePO4，此反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)，Fe、和C元素的化合價發(fā)生變化，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2FePO4+Li2CO3+2C2LiFePO4+3CO↑，故答案為：2FePO4+Li2CO3+2C2LiFePO4+3CO↑；

(5)FePO4+LiLiFePO4，電池放電時是原電池原理，Li失電子發(fā)生氧化反應(yīng)做原電池負(fù)極，FePO4在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成LiFePO4，電極反應(yīng)為：FePO4+Li++e-=LiFePO4；

若用該電池用惰性電極電解飽和食鹽水，當(dāng)電解池兩極共有4480mL氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況)產(chǎn)生時，兩極產(chǎn)生的氣體的物質(zhì)的量為0.2mol，根據(jù)2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，生成氫氣的物質(zhì)的量0.1mol，依據(jù)H2～2Li～2e-可知，消耗鋰的質(zhì)量=0.2mol×7g/mol=1.4g，故答案為：FePO4+Li++e-=LiFePO4；1.4g。