题目内容

【题目】锂离子电池广泛应用于日常电子产品中,也是电动汽车动力电池的首选.正极材料的选择决定了锂离子电池的性能.磷酸铁钾(LiFePO4)以其高倍率性、高比能量、高循环特性、高安全性、低成本、环保等优点而逐渐成为能源新星

1高温固相法是磷酸铁锂生产的主要方法通常以铁盐、磷酸盐和锂盐为原料,按化学计量比充分混匀后,在惰性气氛的保护中先经过较低温预分解,再经高温焙烧,研磨粉碎制成其反应原理如下:

Li2CO3+2FeC2O42H2O+2NH4H2PO4═2NH3↑+3CO2↑+______+_______+_______

完成上述化学方程式.

理论上,反应中每转移0.15mol电子,会生成LiFePO4______________g

反应需在惰性气氛的保护中进行,其原因是______________

2磷酸铁锂电池装置如图所示,其中正极材料橄榄石型LiFePO4通过粘合剂附着在铝箔表面,负极石墨材料附着在铜箔表面,电解质为溶解在有机溶剂中的锂盐

电池工作时的总反应为:LiFePO4+6CLi1-xFePO4+LixC6,则放电时,正极的电极反应式为______________充电时,Li+迁移方向为______________(由左向右由右向左),图中聚合物隔膜应为______________()离子交换膜

3用该电池电解精炼铜。若用放电的电流强度I=2.0A的电池工作10分钟,电解精炼铜得到铜0.32g,则电流利用效率为______________(保留小数点后一位)(已知法拉第常数F=96500C/mol,电流利用效率=100%)

4废旧磷酸亚铁锂电池的正极材料中的LiFePO4难溶于水,可用H2SO4H2O2的混合溶液浸取,发生反应的离子方程式为______________

【答案】

1①2LiFePO4+2CO↑+5H2O↑

②23.7

防止Fe(Ⅱ)被氧化

2Li1-xFePO4+xLi++xe-═LiFePO4由左向右

380.4%

42LiFePO4+2H++H2O2═2Li++2Fe3++2PO43-+2H2O

【解析】

试题分析1由原子守恒可知Li2CO3+2FeC2O42H2O+2NH4H2PO4 ═2LiFePO4+2NH3↑+3CO2↑+2CO↑+7H2O↑故答案为2LiFePO4+2CO↑+5H2O↑

②C2O42-C的化合价为+3价,生成COCO2C元素的化合价分别为+2价、+3价,生成2molCO转移2mol电子,同时生成2molLiFePO4,则当反应中每转移0.15mol电子,生成0.15molLiFePO4,其质量为23.7g;故答案为:23.7

亚铁离子容易被氧气氧化,所以要隔绝氧气,即反应需在惰性气氛的保护中进行;

故答案为:防止Fe(II)被氧化;

2电池工作时的总反应为:LiFePO4+6CLi1-xFePO4+LixC6,放电时,Li1-xFePO4在正极上得电子发生氧化反应,正极反应为Li1-xFePO4+xLi++xe-═LiFePO4;充电时,正极与外接电源的正极相连为阳极,阳离子向阴极移动,即Li+由左向右移动;电解质为锂盐,锂离子通过交换膜向正极移动,所以交换膜应该为阳离子交换膜;故答案为:Li1-xFePO4+xLi++xe-═LiFePO4;由左向右;阳;

3电解精炼铜得到铜0.32g时,即铜的物质的量为=0.005mol,所以电解消耗的电量Q=2×0.005mol×96500C/mol,根据放电的电流强度I=2.0A,电池工作10分钟,可计算得电池的输出电量Q=It=2.0×10×60=1200C,所以电流利用效率=×100%=×100%=80.4%故答案为:80.4%

4②LiFePO4中亚铁离子在酸性条件下,被双氧水氧化为铁离子,则发生反应的离子方程式为2LiFePO4+2H++H2O2═2Li++2Fe3++2PO43-+2H2O;故答案为:2LiFePO4+2H++H2O2 ═2Li++2Fe3++2PO43-+2H2O

练习册系列答案
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(1)合成氨气的工业设备名称_______________,设备中设置热交换器的目的是____________,合成氨的原料气必须先脱硫,目的是_______________;

(2)吸收塔中反应的化学方程式为_________________________,从生产流程看,吸收塔中需要补充空气,其原因是_______________;

(3)生产硝酸的过程中常会产生氮的氧化物,可用如下三种方法处理:

方法一:碱性溶液吸收法

NO+NO2+2NaOH═2NaNO2+H2O;2NO2+Na2CO3═NaNO2+NaNO3+CO2

方法二:NH3还原法

8NH3(g)+6NO2(g)═7N2(g)+12H2O(g)H=-2635kJ/mol(NO也有类似的反应)

方法三:甲烷吸收法

CH4(g)+2NO2═CO2(g)+N2+2H2O(g)H=+867kJ/mol(NO也有类似的反应)

上述三种方法中,方法一的主要缺点是_______________;

方法三和方法二相比,方法三的缺点是_______________;

(4)工业上也可以通过电解NO制备NH4NO3,其工作原理如图所示.

图中通入NH3的目的是_______________;

若维持电流强度为3A,电解2小时,理论上可制得NH4NO3的最大质量为_____g;(已知F=96500Cmol-l)(保留2位有效数字)

(5)某化肥厂用NH3制备NH4NO3.己知:NH3制NO的产率是94%,NO制HNO3的产率是89%,则制HNO3所用NH3的质量占总耗NH3质量(不考虑其他损耗)的百分比为______________。

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