Question

近年来LiFePO₄材料被视为最有前途的锂离子电池材料之一．回答下列问题：
（1）LiFePO₄中Fe元素的化合价是

 

．
（2）FeSO₄?7H₂O、（NH₄）₂HPO₄、LiOH以物质的量之比1：1：为原料在高温下制备LiFePO₄，该反应还生成一种正盐，该正盐的化学式为

 

，反应方程式为

 

．
（3）以FePO₄、Li₂CO₃、单质碳为原料在高温下制备LiFePO₄，该反应还生成一种气体且有毒，则反应方程式为

 

，该反应中氧化剂为

 

．
（4）磷酸铁锂动力电池（简称LFP）是一种高效、长寿命的二次电池，其工作原理为C₆Li+FePO₄

放电

充电

C₆Li_（1-x）+（1-x）FePO₄+xLiFePO₄，电池在充电时，阳极中的Li⁺通过聚合物隔膜向阴极迁移；在放电时，负极中的Li⁺通过隔膜向正极迁移．充电时的阴极反应式

 

，若用该电池电解精炼铜，阴极质量增重12.8g时，则电池中经过聚合物隔膜的Li⁺数目为

 

．
（5）某同学想，用于制备LiFePO₄的原料磷酸铁（FePO₄）可以通过铁盐与磷酸反应得到，反应如下：Fe³⁺+H₃PO₄=FePO₄↓+3H⁺．结合以下条件判断，该反应

 

（填“能”或“不能”）发生反应．
已知：①一个反应的平衡常数大于1.0×10⁵，则可看做能够完全发生．
②常温下：磷酸三步电离合并后，H₃PO₄?3H⁺+PO₄^3-的电离常数K_a1-3=2.1×10^-22
③K_sp=1.3×10^-27．

Answer 1

考点：原电池和电解池的工作原理,根据化学式判断化合价,氧化还原反应,难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质

专题：

分析：（1）根据化合价代数和为0，分析解答；
（2）在反应过程中元素守恒，故生成的正盐是（NH₄）₂SO₄，根据元素守恒即可得到化学方程式；
（3）在该反应生成的一种有毒的气体只能是CO，根据元素守恒即可得到化学方程式．在此反应过程中，FePO₄中的铁元素由+3价降低到+2价，Li₂CO₃中的碳元素由+4降低到+2价，故在反应中做了氧化剂；
（4）充电时的阴极发生还原反应，电极反应式为：C₆Li_（1-x）+xLi⁺+xe^-═C₆Li，在用该电池电解精炼铜时阴极是金属铜析出，当阴极质量增重12.8g时，铜离子得到的电子为0.4mol，则电池中通过聚合物隔膜的Li⁺数目为0.4N_A；
（5）根据平衡常数分析判断．

解答： 解析：（1）根据化合价代数和为0，而此化合物中含有的是磷酸根，故铁元素的化合价为+2价，故答案为：+2；
（2）在反应过程中元素守恒，故生成的正盐是（NH₄）₂SO₄，根据元素守恒即可得到化学方程式为；FeSO₄?7H₂O+（NH₄）₂HPO₄+LiOH

高温  .

LiFePO₄+（NH₄）₂SO₄+8H₂O，故答案为：（NH₄）₂SO₄；FeSO₄?7H₂O+（NH₄）₂HPO₄+LiOH

高温  .

LiFePO₄+（NH₄）₂SO₄+8H₂O；
（3）在该反应生成的一种有毒的气体只能是CO，根据元素守恒即可得到化学方程式为：2FePO₄+Li₂CO₃+2C

高温  .

2LiFePO₄+3CO↑，在此反应过程中，FePO₄中的铁元素由+3价降低到+2价，Li₂CO₃中的碳元素由+4降低到+2价，故氧化剂是FePO₄、Li₂CO₃，故答案为：2FePO₄+Li₂CO₃+2C

高温  .

2LiFePO₄+3CO↑；FePO₄、Li₂CO₃；
（4）充电时的阴极发生还原反应，电极反应式为：C₆Li_（1-x）+xLi⁺+xe^-═C₆Li，在用该电池电解精炼铜时阴极是金属铜析出，当阴极质量增重12.8g时，铜离子得到的电子为0.4mol，则电池中通过聚合物隔膜的Li⁺数目为0.4N_A，故答案为：C₆Li_（1-x）+xLi⁺+xe^-═C₆Li；0.4N_A；
（5）Fe³⁺+H₃PO₄=FePO₄↓+3H⁺的平衡常数数为：K=

c3(H+)

c(Fe3+)?c(H3PO4)

，分子和分母同乘以磷酸根离子的浓度，所以K=

2.1×10-22

1.3×10-27

=1.6×10⁵＞1.0×10⁵，故答案为：能．

点评：本题考查化学方程式和电极反应式的书写以及相关平衡常数的计算，综合性强，有一定的难度．