Question

【題目】LiFePO4是一種電動汽車電池的電極材料，實驗室以綠礬和磷酸為原料制備LiFePO4的流程如下：

（1）“溶解”和“反應1”步驟不能互換的原因是________。

（2）“反應1”的離子方程式是________。

（3）“反應2”是2LiOH＋6H2C2O4＋2FePO4===2LiFePO4＋7CO2↑＋5CO↑＋7H2O，其中體現氧化性和還原性的反應物的物質的量之比為________。

（4）LiFePO4需要在高溫下成型才能作為電極，高溫成型時要加入少量活性炭黑，其作用是：①________，②________。

（5）利用LiFePO4作電極的電池穩定、安全、對環境友好，放電時工作原理如圖所示。放電時電極b的電極反應式為_________。

Answer 1

【答案】可能導致FePO4中混有較多Fe(OH)3 2Fe2＋＋ClO－＋2H3PO4＋4OH－===2FePO4↓＋Cl－＋5H2O 9∶7 改善成型后LiFePO4(或電極)的導電作用 與空氣中O2反應，防止LiFePO4中的Fe2＋被氧化 Li(1－x)FePO4＋xLi＋＋xe－===LiFePO4

【解析】

（1）“溶解”時溶液保持酸性，抑制亞鐵離子的水解，保持離子濃度較高，“反應1”生成FePO4，步驟不能互換，否則可能導致FePO4中混有較多Fe(OH)3；

（2）“反應1”在磷酸存在下，加入氫氧化鈉時亞鐵離子被次氯酸根離子氧化生成FePO4，反應的離子方程式是2Fe2＋＋ClO－＋2H3PO4＋4OH－===2FePO4↓＋Cl－＋5H2O；

（3）“反應2”是2LiOH＋6H2C2O4＋2FePO4===2LiFePO4＋7CO2↑＋5CO↑＋7H2O，反應中碳元素由+3價降為+2價、鐵元素由+3價降為+2價；碳元素由+3價升為+4價，根據氧化還原反應原理，每生成2molLiFePO4，則生成7mol CO2，轉移7mole-，故體現氧化性的反應物H2C2O4、FePO4和還原性的反應物H2C2O4的物質的量之比為（2.5+2）：3.5=9：7；

（4）LiFePO4需要在高溫下成型才能作為電極，高溫成型時要加入少量活性炭黑，其作用是：①改善成型后LiFePO4(或電極)的導電作用，②與空氣中O2反應，防止LiFePO4中的Fe2＋被氧化；

（5）利用LiFePO4作電極的電池穩定、安全、對環境友好，放電時工作原理如圖所示。放電時鋰離子通過隔膜向電極b移動，則電極b為正極，電極上Li＋得電子產生LiFePO4，電極反應式為Li(1－x)FePO4＋xLi＋＋xe－===LiFePO4。