Question

【题目】2019年诺贝尔奖授予JohnB.Goodenough等三位科学家，以表彰其在锂电池领域的贡献。磷酸亚铁锂（LiFePO4）用作锂离子电池正极材料，制备方法如图：

（1）制备水合磷酸铁（FePO4·xH2O）固体

①过程Ⅰ，加NaOH溶液调pH=2.0时透明混合溶液中含磷微粒主要是H2PO4-，过程Ⅰ发生的主要离子方程式是____。

②过程Ⅱ“氧化、沉淀”反应生成FePO4沉淀的离子方程式是____。

③进行过程III之前，需确认过程II中无Fe2+，检验试剂为____。

④FePO4·xH2O样品受热脱水过程的热重曲线（样品质量随温度变化的曲线）如图：

水合磷酸铁的化学式为____。（x取整数）

（2）制备LiFePO4固体：

在氮气气氛保护下，高温焙烧FePO4、Li2CO3和过量葡萄糖的固体混合物。

①过量葡萄糖作用是____。

②锂离子电池在充电时，电极材料LiFePO4会迁出部分Li+，部分转变为Li(1-x)FePO4。此电极的电极反应为____。

Answer 1

【答案】H3PO4+OH-=H2PO4-+H2O 2H2PO4+H2O2+2Fe2+=2FePO4↓+2H++2H2O 铁氰化钾溶液 FePO4·2H2O 还原剂，把三价铁还原成二价铁 LiFePO4－xe-=xLi++Li(1－x)FePO4

【解析】

FeSO47H2O在H3PO4中溶解，加入氢氧化钠溶液中和磷酸生成H2PO4－，过程Ⅱ“氧化、沉淀”反应主要是Fe2+与H2O2 、H2PO4－反应生成FePO4沉淀、H+和H2O，再加入氢氧化钠中和酸，最后得到FePO4·xH2O。高温焙烧FePO4、Li2CO3和过量葡萄糖的固体混合物得到LiFePO4固体，铁化合价降低，过量葡萄糖化合价升高，作还原剂。

⑴①过程Ⅰ，加NaOH溶液调pH = 2.0时透明混合溶液中含磷微粒主要是H2PO4－，说明过程Ⅰ主要发生磷酸和氢氧化钠反应生成水和H2PO4－，其主要离子方程式是H3PO4+OH－ = H2PO4－ + H2O；故答案为：H3PO4+OH－ = H2PO4－ + H2O。

②过程Ⅱ“氧化、沉淀”反应主要是Fe2+与H2O2 、H2PO4－反应生成FePO4沉淀、H+和H2O，因此生成FePO4沉淀的离子方程式是2H2PO4－+H2O2 +2Fe2+ = 2FePO4↓ + 2H++2H2O；故答案为：2H2PO4－+H2O2 +2Fe2+ = 2FePO4↓ + 2H++2H2O。

③进行过程III之前，需确认过程II中无Fe2+，常用铁氰化钾溶液试剂检验；故答案为：铁氰化钾溶液。

④假设100g FePO4·xH2O样品受热，得到FePO4固体80g，水20g，根据物质的量比例得到，因此水合磷酸铁的化学式为FePO4·2H2O；故答案为：FePO4·2H2O。

⑵①高温焙烧FePO4、Li2CO3和过量葡萄糖的固体混合物得到LiFePO4固体，铁的化合价降低，则过量葡萄糖化合价升高，作还原剂，主要是将三价铁还原成二价铁；故答案为：还原剂，把三价铁还原成二价铁。

②锂离子电池在充电时，电极材料LiFePO4会迁出部分Li+，部分转变为Li(1-x)FePO4。此电极的电极反应为LiFePO4－xe－ = xLi+ + Li(1－x)FePO4；故答案为：LiFePO4－xe－ = xLi+ + Li(1－x)FePO4。