题目内容
12．
锂离子电池广泛应用与日常电子产品中，也是电动汽车动力电池的首选．正极材料的选择决定了锂离子电池的性能．磷酸亚铁锂（LiFePO4）以其高倍率性、高比能量、高循环特征、高安全性、低成本、环保等优点而逐渐成为“能源新呈”．（1）高温固相法是磷酸亚铁锂生产的主要方法．通常以亚铁盐（如FeC2O4•2H2O）、磷酸盐和锂盐为原料，按化学计量比充分混匀后，在惰性气氛的保护中先经过较低温预分解，再经过高温焙烧，研磨粉碎制成．其反应原理如下：
Li2CO3+2FeC2O4•2H2O+2NH4H2PO4═NH3↑+3CO2↑+2LiFePO4+2CO↑+7H2O↑．
①完成上述化学方程式．
②理论上，反应中每转移0.15mol电子，会生成LiFePO423.7g．
③反应需在惰性气氛的保护中进行，其原因是防止Fe（II）被氧化．
（2）磷酸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．
电池工作时的总反应为：LiFePO4+6C$?_{放电}^{充电}$Li1-xFePO4+LixC6，则放电时，正极的电极反应式为Li1-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．
（3）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%）
（4）废旧磷酸亚铁锂电池的正极材料中的LiFePO4难溶于水，可用H2SO4和H2O2的混合溶液浸取，发生反应的离子方程式为2LiFePO4+2H++H2O2═2Li++2Fe3++2PO43-+2H2O．
分析 （1）①根据原子守恒分析；
②C2O42-中C的化合价为+3价，生成CO和CO2，C元素的化合价分别为+2价、+3价，根据电子与LiFePO4的关系计算；
③亚铁离子容易被氧气氧化；
（2）放电时，Li1-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；
（3）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；
（4）LiFePO4中亚铁离子在酸性条件下，被双氧水氧化为铁离子．
解答 解：（1）①由原子守恒可知，Li2CO3+2FeC2O4•2H2O+2NH4H2PO4═2LiFePO4+2NH3↑+3CO2↑+2CO↑+7H2O↑，
故答案为：2LiFePO4；2CO↑；7H2O↑；
②C2O42-中C的化合价为+3价，生成CO和CO2，C元素的化合价分别为+2价、+3价，生成2molCO转移2mol电子，同时生成2molLiFePO4，则当反应中每转移0.15mol电子，生成0.15molLiFePO4，其质量为23.7g，
故答案为：23.7；
③亚铁离子容易被氧气氧化，所以要隔绝氧气，即反应需在惰性气氛的保护中进行，
故答案为：防止Fe（Ⅱ）被氧化；
（2）电池工作时的总反应为：LiFePO4+6C$?_{放电}^{充电}$Li1-xFePO4+LixC6，放电时，Li1-xFePO4在正极上得电子发生氧化反应，正极反应为Li1-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：Li1-xFePO4+xLi++xe-═LiFePO4；由左向右；阳；
（3）LiFePO4+6C$?_{放电}^{充电}$Li1-xFePO4+LixC6，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%；
（4）LiFePO4中亚铁离子在酸性条件下，被双氧水氧化为铁离子，则发生反应的离子方程式为2LiFePO4+2H++H2O2═2Li++2Fe3++2PO43-+2H2O，
故答案为：2LiFePO4+2H++H2O2═2Li++2Fe3++2PO43-+2H2O．
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．
| A． | 碳酸钠 | B． | 乙醇 | C． | 氯化钾 | D． | 一氧化碳 |
| A． | 苯中的甲苯（溴水） | B． | 乙醇中的水（新制CaO） | ||
| C． | 乙醛中的乙酸（NaOH） | D． | 乙酸乙酯中的乙酸（饱和NaHCO3溶液） |
（1）三氯化氮水解可生成氨气和物质X，X的电子式为
．（2）已知：N2（g）+3H2 （g）?2NH3（g）△H=-92.4kJ•mol-1，断裂1molN≡N键需要的能量为946kJ．
（3）常温下，向amol•L-1的氨水中加入等体积bmol•L-1的盐酸，混合后溶液呈中性，则该温度下氨水的电离平衡常数为$\frac{b×1{0}^{-7}}{a-b}$（用含a和b的代数式表示）．
（4）在相同温度下，向甲、乙、丙三个容积相同的恒容密闭容器中按照下列三种方式分别投料，发生反应：N2（g）+3H2 （g）?2NH3（g），测得甲容器中H2的平衡转化率为40%．
| n（N2）/mol | N（H2）/mol | N（NH3）/mol | |
| 甲 | 1 | 3 | 0 |
| 乙 | 0.5 | 1.5 | 1 |
| 丙 | 0 | 0 | 4 |
②达到平衡时，甲、乙、丙三个容器中NH3的体积分数由大到小顺序为丙＞甲=乙．
（5）现分别在150℃、300℃、500℃时向反应器中按n（N2）：n（H2）=1：3投料发生反应：N2（g）+3H2 （g）?2NH3（g），该反应达到平衡时，体系中NH3的物质的量分数随压强的变化曲线如图所示．
①150℃时发生的反应可用曲线m（填“m”“n”或“l”）表示．
②上图中A、B、C三点的平衡常数K的大小关系是K（A）＞K（B）=K（C）．
③若B点时c（NH3）=0.6mol•L-1，则此时反应的化学平衡常数K=$\frac{400}{3}$．
正丁醚常用作有机反应的溶剂．实验室制备正丁醚的反应和主要实验装置如下：
2CH3CH2CH2CH2OH$?_{135℃}^{浓硫酸}$（CH3CH2CH2CH2）2O+H2O
反应物和产物的相关数据如下
| 相对分子质量 | 沸点/℃ | 密度/（g•cm-3） | 水中溶解性 | |
| 正丁醇 | 74 | 117.2 | 0.8109 | 微溶 |
| 正丁醚 | 130 | 142.0 | 0.7704 | 几乎不溶 |
①将6mL浓硫酸和37g正丁醇，按一定顺序添加到A中，并加几粒沸石．
②加热A中反应液，迅速升温至135℃，维持反应一段时间．
分离提纯：
③待A中液体冷却后将其缓慢倒入盛有70mL水的分液漏斗中，振荡后静置，分液得粗产物．
④粗产物依次用40mL水、20mL NaOH溶液和40mL水洗涤，分液后加入约3g无水氯化钙颗粒，静置一段时间后弃去氯化钙．
⑤将上述处理过的粗产物进行蒸馏，收集馏分，得纯净正丁醚11g．
请回答：
（1）步骤①中浓硫酸和正丁醇的添加顺序为先加入正丁醇，再加入浓硫酸．
（2）加热A前，需先从b（填“a”或“b”）口向B中通入水．
（3）步骤③的目的是初步洗去浓硫酸，振荡后静置，粗产物应从分液漏斗的上（填“上”或“下”）口分离出．
（4）步骤④中最后一次水洗的目的为洗去有机层中残留的NaOH及中和反应生成的盐．
（5）步骤⑤中，加热蒸馏时应收集d（填选项字母）左右的馏分．
a．100℃b． 117℃
c． 135℃d．142℃
（6）反应过程中会观察到分水器中收集到液体物质，且分为上下两层，随着反应的进行，分水器中液体逐渐增多至充满时，上层液体会从左侧支管自动流回A．分水器中上层液体的主要成分为正丁醇，下层液体的主要成分为水．
（7）本实验中，正丁醚的产率为34%．（保留两位有效数字）