22.  (2009·四川理综,29)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。

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迁移的介质,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与足量氢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为________________。

解析:(1)因制备该电池电极材料的原料为乙酸亚铁,产品为磷酸亚铁锂,为防止亚铁化合物被氧化,故两种制备方法的过程必须在惰性气体氛围中进行。

(2)方法一中除生成磷酸亚铁锂和乙酸外,由碳酸锂可生成CO2气体,由磷酸二氢铵可生成NH3和水蒸气,故除生成磷酸亚铁锂、乙酸外,还有CO2、H2O和NH3生成。

(3)分析方法二所给条件,抓住几个关键点:①铁作阳极;②磷酸二氢铵、氯化锂混合溶液为电解液;③析出磷酸亚铁锂沉淀,所以阳极的电极反应式为:Fe+H2PO+Li+-2e―→LiFePO4+2H+

(4)分析M的结构简式可知,M分子中既含甲基丙烯酸酯的结构,又含碳酸二酯的结构(见图示):

由此可分析写出M与足量NaOH溶液反应的化学方程式。

(5)该电池放电时正极的电极反应为充电时阳极电极反应的逆过程,即由磷酸铁生成磷酸亚铁锂,故放电时正极的电极反应式为: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+-2e―→LiFePO4+2H+

(4)

(5)FePO4+Li++e―→LiFePO4

21.某学生试图用电解法根据电极上析出物质的质量来验证阿伏加德罗常数值,其实验方案的要点为:

①用直流电电解氯化铜溶液,所用仪器如图。

②在电流强度为IA,通电时间为t s后,精确测得其电极上析出的铜的质量为m g。

试回答:

(1)连接这些仪器的正确顺序为(用图中标注仪器接线柱的英文字母表示,下同):

E接________,C接________,________接F。

实验线路中的电流方向为________―→________―→________―→C―→________―→________。

(2)写出B极上发生反应的电极反应式:________________,G试管中淀粉KI溶液变化的现象为________________,相应的离子方程式是________________。

(3)为精确测定电极上析出铜的质量,所必需的实验步骤的先后顺序应是________。

①称量电解前电极质量  ②刮下电解后电极上的铜并清洗

③用蒸馏水清洗电解后电极  ④低温烘干电极后称量

⑤低温烘干刮下的铜,后称量  ⑥再次低温烘干后称量至恒重

(4)已知电子的电量为1.6×1019C。试列出阿伏加德罗常数的计算表达式:NA=________。

解析:(1)首先应确定电极A、B的极性,因B极上有气体吸收装置G与之相连,所以B应为阳极,与电池正极相连;A为阴极,与电池负极相连。再在A、E之间串联上电流计即可。

(2)B极上Cl被氧化,生成的Cl2使试管G中的淀粉KI溶液变蓝。

(3)电解生成的Cu附着在电极上是无法将其恰好完全刮下称量的,所以应比较电解前后的质量之差。

(4)由电荷守恒关系式:It=×2NA×1.6×1019。故NA=×。

答案:(1)D A B;F B A D E (2)2Cl-2e―→Cl2↑ 变蓝色 

Cl2+2I―→2Cl+I2 (3)①③④⑥ (4)×

20.(1)今有2H2+O22H2O反应,构成燃料电池,则负极通的应是________,正极通的应是

________,电极反应式为_____________________、_________________。

(2)如把KOH改为稀H2SO4作电解质溶液,则电极反应式为_____________________、

________________________________________________________________________。

(1)和(2)的电解液不同,反应进行后,其溶液的pH各有何变化?

________________________________________________________________________。

(3)如把H2改为甲烷、KOH作导电物质,则电极反应式为:______________________、

______________________。

解析:根据电池反应式可知H2在反应中被氧化,O2被还原,因此H2应在负极上反应,O2

应在正极上反应。又因为是碱性溶液,此时应考虑不可能有H+参加或生成,故负极反应为:

2H2+4OH-4e===4H2O,正极反应为:O2+2H2O+4e===4OH。若将导电物质换成酸性

溶液,此时应考虑不可能有OH参加或生成,故负极:2H2-4e===4H+,正极:O2+4H+

+4e===2H2O。由于前者在碱性条件下反应KOH量不变,但工作时H2O增多故溶液变稀碱

性变小,pH将变小。而后者为酸溶液,H2SO4不变,水增多,溶液酸性变小,故pH将变大。

如把H2改为甲烷用KOH作导电物质,根据反应CH4+2O2===CO2+2H2O,则负极为发生

氧化反应的CH4,正极为发生还原反应的O2,由于有KOH存在,此时不会有CO2放出。

答案:(1)H2 O2 负极:2H2+4OH-4e===4H2O 正极:O2+2H2O+4e===4OH

(2)负极:2H2-4e===4H+ 正极:O2+4H++4e===2H2O (1)变小,(2)变大

(3)负极:CH4+10OH-8e===CO+7H2O 正极:2O2+4H2O+8e===8OH

 0  7777  7785  7791  7795  7801  7803  7807  7813  7815  7821  7827  7831  7833  7837  7843  7845  7851  7855  7857  7861  7863  7867  7869  7871  7872  7873  7875  7876  7877  7879  7881  7885  7887  7891  7893  7897  7903  7905  7911  7915  7917  7921  7927  7933  7935  7941  7945  7947  7953  7957  7963  7971  447348 

违法和不良信息举报电话:027-86699610 举报邮箱:58377363@163.com

精英家教网