Question

【題目】磷酸鐵鋰電池是新型的綠色能源電池，其簡化的生產(chǎn)工藝流程如下。

(1)反應釜中反應的化學方程式為_______，該反應體現(xiàn)出非金屬性關系：P_____C(填“>”或“<”)。

(2)室溫下，LiH2PO4溶液的pH隨c(H2PO4-)的變化如圖1所示，H3PO4溶液中H2PO4-的分布分數(shù)隨pH的變化如圖2所示[ (含P元素的粒子)]。

①由圖1知，低濃度時LiH2PO4溶液的pH小于7，且隨著c初始(H2PO4-)的增大而減小，其合理的解釋為__________________。

②綜合上圖分析，若用濃度大于1mol/L的H3PO4溶液溶解Li2CO3，要使反應釜中的H3PO4幾乎全部轉化成LiH2PO4，反應釜中需要控制溶液的pH=________。

(3)磷酸鐵鋰電池總反應為：LiFePO4+6CLi1-xFePO4+LixC6，電池中的固體電解質可傳導Li+。充電時，Li+移向______(填“陽極”或“陰極”)；放電時，正極反應式為__________________。

(4)磷酸鐵鋰電池中鐵的含量可通過如下方法測定：稱取1.60g試樣用鹽酸溶解，在溶液中加入稍過量的SnCl2溶液，再加入HgCl2飽和溶液，用二苯胺磺酸鈉作指示劑，用0.030mol/L重鉻酸鉀溶液滴定至溶液由淺綠色變?yōu)樗{紫色，消耗重鉻酸鉀溶液50.00mL。

已知：2Fe3++Sn2++6Cl-=SnCl62-+2Fe2+

4Cl-+Sn2++2HgCl2=SnCl62-+Hg2Cl2

6Fe2++Cr2O72-+14H+=6Fe3++2Cr3++7H2O

①實驗中加入HgCl2飽和溶液的目的是____________。

②鐵的百分含量Fe(％)=_________________________。

Answer 1

【答案】2H3PO4+Li2CO3=2LiH2PO4+H2O+CO2↑ > H2PO4-在溶液中既存在電離平衡，也存在水解平衡。電離作用產(chǎn)生H+使溶液顯酸性，水解產(chǎn)生OH-使溶液顯堿性，由于H2PO4-電離程度大于水解程度，所以溶液顯酸性，故pH<7；若在開始時溶液c(H2PO4-)大，單位體積內(nèi)H2PO4-電離產(chǎn)生的H+的數(shù)目越多，c(H+)就越大，溶液的pH就越小 4.66 陰極 Li1-xFePO4+xLi++xe-=LiFePO4 將溶液中過量的Sn2+轉化為穩(wěn)定的絡離子SnCl62-，防止干擾Fe2+的測定 31.5%

【解析】

(1)由于酸性：H3PO4>H2CO3，所以在反應釜中發(fā)生復分解反應：2H3PO4+Li2CO3=2LiH2PO4+H2O+CO2↑；元素的非金屬性越強，其最高價氧化物對應的水化物的酸性就越強，由于酸性：H3PO4>H2CO3，所以元素的非金屬性P>C；

(2)①LiH2PO4在溶液中存在電離平衡H2PO4-H++HPO42-，也存在水解平衡H2PO4-+H2OOH-+H3PO4，電離使溶液顯酸性，水解使溶液顯堿性，由于H2PO4-電離程度大于水解程度，所以溶液顯酸性，pH<7；開始時c(H2PO4-)越大，單位體積內(nèi)電離的H2PO4-的數(shù)目越多，則電離產(chǎn)生的H+的濃度越大，所以溶液的pH越小；

②濃度大于1mol/L的H3PO4溶液溶解Li2CO3，當pH達到4.66時，根據(jù)圖2知=0.994，根據(jù)圖1知c初始(H2PO4-)接近1mol/L，則H3PO4幾乎全部轉化為LiH2PO4。故要使H3PO4幾乎全部轉化成LiH2PO4，溶液的pH控制在pH=4.66；

(3)充電時，陽離子Li+移向陰極；放電時，正極發(fā)生還原反應，正極反應式為Li1-xFePO4+xLi++xe-=LiFePO4；

(4) ①實驗中加入HgCl2飽和溶液，可以發(fā)生反應：4Cl-+Sn2++2HgCl2=SnCl62-+Hg2Cl2，這樣就可以使溶液中過量的Sn2+轉化為穩(wěn)定的絡離子SnCl62-，從而防止用重鉻酸鉀溶液滴定溶液中Fe2+時干擾實驗結果的測定，造成實驗誤差；

②根據(jù)6Fe2++Cr2O72-+14H+=6Fe3++2Cr3++7H2O可知n(Fe2+)=6n(Cr2O72-)=6×0.030mol/L×0.0500mL=9×10-3mol，m(Fe)=nM=9×10-3mol×56g/mol=0.504g，所以鐵的百分含量= 。