Question

2．磷酸亚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．

（1）电池工作时的总反应为：LiFePO₄+6C$?_{放点}^{充电}$Li_1-xFePO₄+Li_xC₆，则放电时，正极的电极反应式为Li_1-xFePO₄+xLi⁺+xe^-═LiFePO₄．充电时，Li⁺迁移方向为由左向右（填“由左向右”或“由右向左”），图中聚合物隔膜应为阳（填“阳”或“阴”）离子交换膜．
（2）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80.4%（保留小数点后一位）．
（已知：法拉第常数F=96500C/mol，电流利用效率=$\frac{负载利用电量}{电池输出电量}$×100%）

Answer 1

分析 （1）放电时，Li_1-xFePO₄在正极上得电子发生氧化反应；充电时，阳离子向阴极移动；电解质为锂盐，锂离子通过交换膜向正极移动；
（2）电解精炼铜得到铜0.32g时，电解消耗的电量Q=znF，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，根据电流利用效率=$\frac{负载利用电量}{电池输出电量}$，可计算出电流利用率．

解答 解：（1）电池工作时的总反应为：LiFePO₄+6C$?_{放点}^{充电}$Li_1-xFePO₄+Li_xC₆，放电时，Li_1-xFePO₄在正极上得电子发生氧化反应，正极反应为Li_1-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：Li_1-xFePO₄+xLi⁺+xe^-═LiFePO₄；由左向右；阳；
（2）LiFePO₄+6C$?_{放点}^{充电}$Li_1-xFePO₄+Li_xC₆，电解精炼铜得到铜0.32g时，即铜的物质的量为$\frac{0.32}{64}$=0.005mol，所以电解消耗的电量Q=2×0.005mol×96500C/mol=965C，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，根据电流利用效率=$\frac{负载利用电量}{电池输出电量}$=$\frac{965}{1200}$×100%=80.4%，
故答案为：80.4%．

点评 本题综合考查了物质的制备原理、原电池和电解池工作原理及相关计算，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，熟悉原电池、电解池工作原理及各个电极发生反应，难点是电流利用率的计算，题目难度中等．