Question

（15分）新型锂离子电池在新能源的开发中占有重要地位。可用作节能环保电动汽车的动力电池。磷酸亚铁锂（LiFePO₄）是新型锂离子电池的首选电极材料，它的制备方法如下：

方法一：将碳酸锂、乙酸亚铁［(CH_3­COO) Fe］、磷酸二氢铵按一定比例混合、充分研磨后，在800℃左右、惰性气体氛围中煅烧制得晶态磷酸亚铁锂，同时生成的乙酸及其它产物均以气体逸出。

方法二：将一定浓度的磷酸二氢铵、氯化锂混合溶液作为电解液，以铁棒为阳极，石墨为阴极，电解析出磷酸亚铁锂沉淀。沉淀经过滤、洗涤、干燥，在800℃左右、惰性气体氛围中煅烧制得晶态磷酸亚铁锂。

在锂离子电池中，需要一种有机聚合物作为正负极之间锂离子选移的介质，该有机聚合物的单体之一（用M表示）的结构简式如下：

请回答下列问题：

（1）上述两种方法制备磷酸亚铁锂的过程都必须在惰性气体氛围中进行。其原因是

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

（2）在方法一所发生的反应中，除生成磷酸亚铁锂、乙酸外，还有　　　　　　　　　　　　　　　　、　　　　　　　　（填化学式）生成。

（3）在方法二中，阳极生成磷酸亚铁锂的电极反应式为

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

（4）写出M与足量氧化钠溶液反应的化学方程式：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

（5）已知该锂离子电池在充电过程中，阳极的磷酸亚铁锂生成磷酸铁，则该电池放电时正极的电极反应式　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

 

Answer 1

（1）为了防止亚铁化合物被氧化                                        

（2）CO            HO             NH₃                            （每空1分，共3分）

（3）Fe+HP+Li⁺2e＝LiFePO₄+2H⁺                                 （3分）

（4）     （3分）

（5）FePO₄+Li⁺+e====LiFePO₄                                         （3分）

解析:

（1）亚铁离子具有强还原性，制备磷酸亚铁锂的过程都必须在惰性气体氛围中进行。其原因是为了防止亚铁化合物被氧化

（2）将碳酸锂、乙酸亚铁、磷酸二氢铵在800℃左右、惰性气体氛围中煅烧制得晶态磷酸亚铁锂、乙酸及其它产物均以气体逸出。根据题意和元素守恒，可得其他产物为：CO      、HO  和NH₃ 。

（3）将一定浓度的磷酸二氢铵、氯化锂混合溶液作为电解液，以铁棒为阳极，石墨为阴极，电解析出磷酸亚铁锂沉淀。阳极生成磷酸亚铁锂的电极反应式为Fe+HP+Li⁺2e＝LiFePO₄+2H⁺    

 (4) M具有酯基，在碱性条件下可发生水解，M与足量氧化钠溶液反应的化学方程式：