16.(2009年四川高考题,有删减)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[(CH3COO)2Fe]、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他产物均以气体逸出。

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。

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)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为__________________________________________。

[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:CO2、H2O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,则铁失电子,电解析出磷酸亚铁锂沉淀,所以阳极生成磷酸亚铁锂的电极反应式为Fe+H2PO+Li+-→LiFePO4+2H++2e。(4)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,即LiFePO4-→FePO4+Li++e,则该电池放电时正极的电极反应为FePO4+Li++e-→LiFePO4

[答案] (1)为了防止亚铁化合物被氧化

(2)CO2 H2O NH3

(3)Fe+H2PO+Li+-→LiFePO4+2H++2e

(4)FePO4+Li++e-→LiFePO4

15.如下图所示,p、q为直流电源两极,A为+2价金属单质X制成,B、C、D为铂电极,接通电源,金属X沉积于B极,同时C、D产生气泡。试回答:

(1)p为____极,A极发生了________反应。

(2)C为______极,试管里收集到________;D为______极,试管里收集到________。

(3)C极的电极方程式是______________________________。

(4)在电解过程中,测得了C、D两极上产生的气体的实验数据如下:

时间(min)
1
2
3
4
5
阴极生成气体体积(cm3)
6
12
20
29
39
阳极生成气体体积(cm3)
2
4
7
11
16
时间(min)
6
7
8
9
10
阴极生成气体体积(cm3)
49
59
69
79
89
阳极生成气体体积(cm3)
21
26
31
36
41

仔细分析以上实验数据,请说出可能的原因是____________。

(5)当反应进行一段时间后,A、B电极附近溶液的pH______(填“增大”“减小”或“不变”)。

(6)当电路中通过0.004 mol电子时,B电极上沉积金属X为0.128 g,则此金属的摩尔质量为________。

[解析] (1)接通电源,X沉积于B极,说明B为阴极,则A为阳极,故(1)中q为负极,p为正极,A上发生氧化反应。(2)H2SO4电解池中,C为阳极,C试管内得O2,D为阴极,此试管内得H2

(4)C、D两极所得O2、H2体积应该为1∶2,但实验数据由1∶3随时间变化而增大,到达10分钟时约为1∶2,因为开始O2溶解的原因。

(5)A极:X-→X2++2e。B极:X2++2e-→X,两极附近pH不变。

(6)设X的摩尔质量为M,则

X2++2e -→ X

      2         M

 0  7632  7640  7646  7650  7656  7658  7662  7668  7670  7676  7682  7686  7688  7692  7698  7700  7706  7710  7712  7716  7718  7722  7724  7726  7727  7728  7730  7731  7732  7734  7736  7740  7742  7746  7748  7752  7758  7760  7766  7770  7772  7776  7782  7788  7790  7796  7800  7802  7808  7812  7818  7826  447348 

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