Question

【题目】磷酸亚铁锂LiFePO4是一种新型汽车锂离子电池的电极材料。某化工厂以铁红、锂辉石LiAl（SiO3）2（含少量Ca2+、Mg2+的盐）、碳粉等原料来生产磷酸亚铁锂。其主要工艺流程如图：

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

温度/℃	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）从滤渣Ⅰ中可分离出Al2O3，如图所示。请写出生成沉淀的离子方程式___。

（2）滤渣Ⅱ的主要成分是：___（填化学式）。

（3）向滤液Ⅱ中加入饱和Na2CO3溶液，过滤后，用“热水洗涤”的原因是___。

（4）写出在高温下生成磷酸亚铁锂的化学方程式：___。

（5）磷酸亚铁锂电池总反应为：FePO4+LiLiFePO4，电池中的固体电解质可传导Li+。试写出该电池放电时的正极反应：___。若用该电池电解饱和食盐水（电解池电极均为惰性电极），当电解池两极共有4480mL气体（标准状况）产生时，该电池消耗锂的质量为___。

Answer 1

【答案】Al3++3NH3·H2O=Al(OH)3↓+3NH4+ Mg(OH)2、CaCO3 Li2CO3的溶解度随温度升高而减小，热水洗涤可减少Li2CO3的损失 2FePO4+Li2CO3+2C2LiFePO4+3CO↑ FePO4+Li++e-=LiFePO4 1.4g

【解析】

锂辉石中加入浓硫酸，2LiAl(SiO3)2+H2SO4(浓)Li2SO4+Al2O34SiO2H2O↓，Al2O34SiO2H2O沉淀出来，即滤渣I，滤液I中含有Li2SO4、MgSO4、CaSO4，向滤液中加入NaOH、Na2CO3，镁离子和NaOH反应生成氢氧化镁沉淀，钙离子和碳酸钠反应生成碳酸钙沉淀，所以滤渣II为Mg(OH)2、CaCO3，滤液II中含有硫酸锂，向滤液中加入饱和碳酸钠得到碳酸锂沉淀；铁红和磷酸反应生成磷酸铁，C、磷酸铁和碳酸锂在高温下反应生成LiFePO4，据此分析解答。

(1)滤渣I的主要成分为Al2O34SiO2H2O，将滤渣Ⅰ溶于酸得到铝离子，氢氧化铝不溶于弱碱但能溶于强碱，所以过量的试剂为氨水，向溶液中加入氨水得到Al(OH)3沉淀，灼烧Al(OH)3沉淀得到Al2O3，所以生成沉淀的反应为铝离子与氨水的反应，反应的离子反应方程式为：Al3++3NH3H2O=Al(OH)3↓+3NH4+，故答案为：Al3++3NH3H2O=Al(OH)3↓+3NH4+；

(2)滤液I中存在Ca2+、Mg2+离子，经过调解pH值后，Ca2+、Mg2+沉淀分别得到氢氧化镁和碳酸钙，所以滤渣Ⅱ的主要成分是Mg(OH)2、CaCO3，故答案为：Mg(OH)2、CaCO3；

(3)向滤液Ⅱ中加入饱和Na2CO3溶液，过滤后，用“热水洗涤”；根据表格数据可知，碳酸锂的溶解度随温度升高而减小，用“热水洗涤”，可以减少沉淀的损失，故答案为：Li2CO3的溶解度随温度升高而减小，热水洗涤可减少Li2CO3的损失；

(4)依据图示可知反应物为FePO4、Li2CO3和C，产物为CO和LiFePO4，此反应为氧化还原反应，Fe、和C元素的化合价发生变化，反应的化学方程式为：2FePO4+Li2CO3+2C2LiFePO4+3CO↑，故答案为：2FePO4+Li2CO3+2C2LiFePO4+3CO↑；

(5)FePO4+LiLiFePO4，电池放电时是原电池原理，Li失电子发生氧化反应做原电池负极，FePO4在正极得到电子发生还原反应生成LiFePO4，电极反应为：FePO4+Li++e-=LiFePO4；

若用该电池用惰性电极电解饱和食盐水，当电解池两极共有4480mL气体(标准状况)产生时，两极产生的气体的物质的量为0.2mol，根据2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，生成氢气的物质的量0.1mol，依据H2～2Li～2e-可知，消耗锂的质量=0.2mol×7g/mol=1.4g，故答案为：FePO4+Li++e-=LiFePO4；1.4g。