Question

【題目】FePO4是一種難溶于水的白色固體，可作金屬防腐劑，也可用于制備電動汽車電池的正極材料 LiFePO4。實驗室利用FeSO4·7H2O和H3PO4(弱酸)制備FePO4、 LiFePO4流程如下圖：

回答下列問題：

（1）“溶解”時H3PO4不宜過量太多的原因是_________________________________。

（2）①洗滌FePO4沉淀的操作是__________________________________________________。

②若經多次洗滌后所得“FePO4”仍呈棕色，則“FePO4”最可能混有的雜質是___________。

（3）“反應1”時總反應的離子方程式是：_________________________________。

（4）“反應2”時總反應的化學方程式是：2LiOH+6H2C2O4+2FePO4=2LiFePO4+ 7CO2+ 5X+7H2O，其中X的化學式為___________；每生成1 mol LiFePO4，該反應轉移___________mole－。

（5）LiFePO4電池穩定性高、安全、對環境友好，該電池的總反應式是：LiFePO4+C6Li1- xFePO4+LixC6，其放電時工作原理如圖所示。則：

充電時，a極的電極名稱為___________；放電時，b極的電極反應式為：_________________________________。

Answer 1

【答案】防止后續反應中消耗NaOH，浪費原料 向漏斗中加入蒸餾水剛好浸沒沉淀，待水流盡，重復操作2﹣3次 Fe(OH)3 2 Fe2+ + ClO－+ 2H3PO4 + 4 OH－=2FePO4↓+ Cl－+ 5H2O CO 3.5 陰極 Li1－xFePO4 + xLi+ + xe－=LiFePO4

【解析】

(1)為了防止后續反應中消耗過多的NaOH，浪費原料，故“溶解”時H3PO4不宜過量太多；

(2)①洗滌FePO4沉淀的操作是向漏斗中加入蒸餾水剛好浸沒沉淀，待水流盡，重復操作2﹣3次；

②Fe(OH)3是一種紅褐色的固體，若經多次洗滌后所得“FePO4”仍呈棕色，則“FePO4”最可能混有的雜質是Fe(OH)3；

(3)“反應1”時亞鐵離子被次氯酸鈉氧化，堿性條件下鐵離子與磷酸根離子反應產生磷酸鐵沉淀，總反應的離子方程式是2 Fe2+ + ClO﹣+ 2H3PO4 + 4 OH﹣=2FePO4↓+ Cl﹣+ 5 H2O；

(4)根據質量守恒可知，反應2LiOH + 6H2C2O4 + 2FePO4=2LiFePO4 + 7CO2 + 5X +7H2O右邊還少了5個C、5個O，X的計量數為5，則X的化學式為CO；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-，故每生成1molLiFePO4，該反應轉移3.5mole-；

(5)原電池中陽離子向正極移動，鋰離子向電極b移動，則電極b為正極，充電時b電極為陽極、a為陰極；

放電時，正極b極上Li1﹣xFePO4得電子產生LiFePO4，電極反應式為Li1﹣xFePO4 + xLi+ + xe﹣=LiFePO4。