Question

近年來LiFePO₄材料被視為最有前途的鋰離子電池材料之一．回答下列問題：
（1）LiFePO₄中Fe元素的化合價(jià)是

 

．
（2）FeSO₄?7H₂O、（NH₄）₂HPO₄、LiOH以物質(zhì)的量之比1：1：為原料在高溫下制備LiFePO₄，該反應(yīng)還生成一種正鹽，該正鹽的化學(xué)式為

 

，反應(yīng)方程式為

 

．
（3）以FePO₄、Li₂CO₃、單質(zhì)碳為原料在高溫下制備LiFePO₄，該反應(yīng)還生成一種氣體且有毒，則反應(yīng)方程式為

 

，該反應(yīng)中氧化劑為

 

．
（4）磷酸鐵鋰動(dòng)力電池（簡稱LFP）是一種高效、長壽命的二次電池，其工作原理為C₆Li+FePO₄

放電

充電

C₆Li_（1-x）+（1-x）FePO₄+xLiFePO₄，電池在充電時(shí)，陽極中的Li⁺通過聚合物隔膜向陰極遷移；在放電時(shí)，負(fù)極中的Li⁺通過隔膜向正極遷移．充電時(shí)的陰極反應(yīng)式

 

，若用該電池電解精煉銅，陰極質(zhì)量增重12.8g時(shí)，則電池中經(jīng)過聚合物隔膜的Li⁺數(shù)目為

 

．
（5）某同學(xué)想，用于制備LiFePO₄的原料磷酸鐵（FePO₄）可以通過鐵鹽與磷酸反應(yīng)得到，反應(yīng)如下：Fe³⁺+H₃PO₄=FePO₄↓+3H⁺．結(jié)合以下條件判斷，該反應(yīng)

 

（填“能”或“不能”）發(fā)生反應(yīng)．
已知：①一個(gè)反應(yīng)的平衡常數(shù)大于1.0×10⁵，則可看做能夠完全發(fā)生．
②常溫下：磷酸三步電離合并后，H₃PO₄?3H⁺+PO₄^3-的電離常數(shù)K_a1-3=2.1×10^-22
③K_sp=1.3×10^-27．

Answer 1

考點(diǎn)：原電池和電解池的工作原理,根據(jù)化學(xué)式判斷化合價(jià),氧化還原反應(yīng),難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì)

專題：

分析：（1）根據(jù)化合價(jià)代數(shù)和為0，分析解答；
（2）在反應(yīng)過程中元素守恒，故生成的正鹽是（NH₄）₂SO₄，根據(jù)元素守恒即可得到化學(xué)方程式；
（3）在該反應(yīng)生成的一種有毒的氣體只能是CO，根據(jù)元素守恒即可得到化學(xué)方程式．在此反應(yīng)過程中，F(xiàn)ePO₄中的鐵元素由+3價(jià)降低到+2價(jià)，Li₂CO₃中的碳元素由+4降低到+2價(jià)，故在反應(yīng)中做了氧化劑；
（4）充電時(shí)的陰極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：C₆Li_（1-x）+xLi⁺+xe^-═C₆Li，在用該電池電解精煉銅時(shí)陰極是金屬銅析出，當(dāng)陰極質(zhì)量增重12.8g時(shí)，銅離子得到的電子為0.4mol，則電池中通過聚合物隔膜的Li⁺數(shù)目為0.4N_A；
（5）根據(jù)平衡常數(shù)分析判斷．

解答： 解析：（1）根據(jù)化合價(jià)代數(shù)和為0，而此化合物中含有的是磷酸根，故鐵元素的化合價(jià)為+2價(jià)，故答案為：+2；
（2）在反應(yīng)過程中元素守恒，故生成的正鹽是（NH₄）₂SO₄，根據(jù)元素守恒即可得到化學(xué)方程式為；FeSO₄?7H₂O+（NH₄）₂HPO₄+LiOH

高溫  .

LiFePO₄+（NH₄）₂SO₄+8H₂O，故答案為：（NH₄）₂SO₄；FeSO₄?7H₂O+（NH₄）₂HPO₄+LiOH

高溫  .

LiFePO₄+（NH₄）₂SO₄+8H₂O；
（3）在該反應(yīng)生成的一種有毒的氣體只能是CO，根據(jù)元素守恒即可得到化學(xué)方程式為：2FePO₄+Li₂CO₃+2C

高溫  .

2LiFePO₄+3CO↑，在此反應(yīng)過程中，F(xiàn)ePO₄中的鐵元素由+3價(jià)降低到+2價(jià)，Li₂CO₃中的碳元素由+4降低到+2價(jià)，故氧化劑是FePO₄、Li₂CO₃，故答案為：2FePO₄+Li₂CO₃+2C

高溫  .

2LiFePO₄+3CO↑；FePO₄、Li₂CO₃；
（4）充電時(shí)的陰極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：C₆Li_（1-x）+xLi⁺+xe^-═C₆Li，在用該電池電解精煉銅時(shí)陰極是金屬銅析出，當(dāng)陰極質(zhì)量增重12.8g時(shí)，銅離子得到的電子為0.4mol，則電池中通過聚合物隔膜的Li⁺數(shù)目為0.4N_A，故答案為：C₆Li_（1-x）+xLi⁺+xe^-═C₆Li；0.4N_A；
（5）Fe³⁺+H₃PO₄=FePO₄↓+3H⁺的平衡常數(shù)數(shù)為：K=

c3(H+)

c(Fe3+)?c(H3PO4)

，分子和分母同乘以磷酸根離子的濃度，所以K=

2.1×10-22

1.3×10-27

=1.6×10⁵＞1.0×10⁵，故答案為：能．

點(diǎn)評：本題考查化學(xué)方程式和電極反應(yīng)式的書寫以及相關(guān)平衡常數(shù)的計(jì)算，綜合性強(qiáng)，有一定的難度．