Question

鋰的化合物用途廣泛。Li₃N是非常有前途的儲氫材料；LiFePO₄、Li₂FeSiO₄等可以作為電池的正級材料。回答下列問題：
（1）將鋰在純氮氣中燃燒可制得Li₃N，其反應的化學方程為                      。
（2）氮化鋰在氫氣中加熱時可得到氨基鋰（LiNH₂），其反應的化學方程式為：Li₃N+2H₂LiNH₂+2LiH，氧化產物為          （填化學式）。在270℃時，該反應可逆向發生放出H₂，因而氮化鋰可作為儲氫材料，儲存氫氣最多可達Li₃N質量的      %（精確到0.1）。
（3）將Li₂CO₃、FeC₂O₄·2H₂O和SiO₂粉末均勻混合，在800℃的氬氣中燒結6小時制得Li₂FeSiO₄，寫出反應的化學方程式                                          ，制備Li₂FeSiO₄的過程必須在惰性氣體氛圍中進行，其原因是                   。
（4）將一定濃度磷酸二氫銨、氯化鋰混合溶液作為電解液，以鐵棒為陽極，石墨為陰極，電解析出LiFePO₄沉淀，陽極的電極反應式為                                。
（5）磷酸亞鐵鋰電池充放電過程中，發生LiFePO₄與LiFePO₄之間的轉化，電池放電時負極發生的反應為LiC₆－e^—Li⁺+6C，寫出電池放電時反應的化學方程式                      。

Answer 1

（1）6Li＋N₂2Li₃N  (2分)
（2）LiNH₂ (2分)  11.4 (2分)
（3）Li₂CO₃＋FeC₂O₄·2H₂O＋SiO₂Li₂FeSiO₄＋CO↑＋2CO₂↑＋2H₂O(2分)
防止二價鐵被氧化(2分)
（4）Fe＋H₂PO₄^－＋Li^＋－2e^－LiFePO₄＋2H^＋(或Fe－2e^－Fe^2＋)(2分)
（5）Li_1-xFePO₄＋Li_xC₆LiFePO₄＋6C(2分)

解析試題分析：（1）氮分子的結構很穩定，破壞分子中氮原子之間共價鍵需要很大的能量，所以，在通常情況下，氮氣的化學性質很不活潑，很難跟其他物質發生化學反應。但在高溫或放電條件下，當氮分子獲得了足夠的能量時，它還是能跟氫氣、氧氣、金屬等物質發生化學反應。在高溫時，氮氣能跟鉀、鈉、鎂、鈣、鍶、鋇等金屬化合。所以6Li＋N₂2Li₃N。
（2）根據反應Li₃N+2H₂LiNH₂+2LiH可判斷：Li₂NH中N的化合價為-3價，H為+1價，LiNH₂中N的化合價為-3價，H為+1價，LiH中H的化合價為-1價，反應中H₂既是氧化劑又是還原劑，氧化產物為LiNH₂，還原產物為LiH；1mol Li₃N可與2mol H₂反應，因此儲存氫氣的質量比為(7×3+14)：4；相當于Li₃N質量的4/35=11.4%。
（3）草酸亞鐵晶體FeC₂O₄·2H₂O可以聯想草酸的性質，H₂C₂O₄═H₂O+CO↑+CO₂↑，可推測FeC₂O₄在密閉容器中高溫分解生成氧化亞鐵、一氧化碳和二氧化碳，根據原子守恒配平即可。得到Li₂CO₃＋FeC₂O₄·2H₂O＋SiO₂Li₂FeSiO₄＋CO↑＋2CO₂↑＋2H₂O。制備Li₂FeSiO₄的過程必須在惰性氣體氛圍中進行，肯定是排除氧氣，防止氧化，這個里面只有二價鐵有還原星，所以其原因是防止二價鐵被氧化。
（4）將一定濃度的磷酸二氫銨、氯化鋰混合溶液作為電解液，以鐵棒為陽極，石墨為陰極，鐵做陽極，先失去電子，Fe－2e^－Fe^2＋，再根據電解析出磷酸亞鐵鋰沉淀．二價鐵再結合H^＋與H₂PO₄^－生成磷酸亞鐵鋰，所以電極反應式為Fe+H₂PO₄^－+Li^＋-2e^－=LiFePO₄+2H^＋(或Fe－2e^－Fe^2＋)。
（5）磷酸亞鐵鋰電池充放電過程中，發生LiFePO₄與LiFePO₄之間的轉化，正極LiFePO₄＋Li⁺＋e^－LiFePO₄，電池放電時負極發生的反應為LiC₆－e^—Li⁺+6C，正極加上負極就得到電池放電時反應的化學方程式Li_1-xFePO₄＋Li_xC₆LiFePO₄＋6C。
考點：考查電化學等綜合知識。