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+2H₂

△   .

LiNH₂+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Li_1-xFePO₄之間的轉化，電池放電時負極發生的反應為
Li_xC₆-xe^-═_xLi⁺+6C，寫出電池放電時反應的化學方程式

 

．

Answer 1

分析：（1）反應物為金屬鋰和氮氣，生成物為Li₃N，反應條件為點燃，據此寫出反應的化學方程式；
（2）根據氧化還原反應中化合價升高被氧化判斷出氧化產物；根據反應方程式中反應物氫氣與氮化鋰的質量關系進行計算；
（3）反應物為Li₂CO₃、FeC₂O₄?2H₂O和SiO₂粉末，生成物為Li₂FeSiO₄，再根據質量守恒定律、化合價升降相等可知，反應產物中含有一氧化碳、二氧化碳和水生成，據此寫出反應的化學方程式；根據亞鐵離子具有較強的還原性分析反應環境要求；
（4）根據電解池中陽極發生氧化反應，鐵為陽極，所以陽極鐵失去電子，與H₂PO₄^-、Li⁺反應生成LiFePO₄沉淀，據此寫出陽極的電極反應式；
（5）根據磷酸亞鐵鋰電池充放電過程中，發生LiFePO₄與Li_1-xFePO₄之間的轉化及電池放電時負極發生的反應寫出電池放電時反應的化學方程式．

解答：解：（1）鋰與氮氣在點燃條件下與氮氣發生反應生成Li₃N，該反應的化學方程式為：6Li+N₂

點燃  .

2Li₃N，
故答案為：6Li+N₂

點燃  .

2Li₃N；
（2）反應Li₃N+2H₂

△   .

LiNH₂+2LiH中，鋰元素、N元素化合價不變，氫氣化合價由0變成+1價的LiNH₂，化合價升高被氧化，所以氧化產物為LiNH₂；
該反應中，反應掉2mol氫氣，同時消耗1mol氮化鋰，所以儲存氫氣最多可達Li₃N質量的：

4

35

×100%≈11.4%，
故答案為：LiNH₂；11.4；
（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，根據質量守恒、化合價升降相等可以判斷，反應產物還會有一氧化碳、二氧化碳和水生成，該反應的化學方程式為：Li₂CO₃+FeC₂O₄?2H₂O+SiO₂

高溫  .

Li₂FeSiO₄+CO↑+CO₂↑+2H₂O；亞鐵離子容易被氧化，所以該反應需要在惰性氣體氛圍中進行，
故答案為：Li₂CO₃+FeC₂O₄?2H₂O+SiO₂

高溫  .

Li₂FeSiO₄+CO↑+CO₂↑+2H₂O；防止二價鐵被氧化；
（4）電解池中陽極發生氧化反應，鐵為陽極，所以陽極鐵失去電子，與H₂PO₄^-、Li⁺反應生成LiFePO₄沉淀，發生的電極反應為：Fe+H₂PO₄^-+Li⁺-2e^-=LiFePO₄+2H⁺，
故答案為：Fe+H₂PO₄^-+Li⁺-2e^-=LiFePO₄+2H⁺；
（5）磷酸亞鐵鋰電池充放電過程中，發生LiFePO₄與Li_1-xFePO₄之間的轉化，其中LiFePO₄→Li_1-xFePO₄的轉化化合價降低，發生還原反應，而電池放電時負極發生的反應為：Li_xC₆-xe^-═_xLi⁺+6C，該反應為氧化反應，所以反應轉化應該為：LiFePO₄→Li_1-xFePO₄，所以電池放電時反應的化學方程式為：Li_1-xFePO₄+Li_xC₆=6C+LiFePO₄，
故答案為：Li_1-xFePO₄+Li_xC₆=6C+LiFePO₄．

點評：本題考查了堿金屬的性質、原電池、電解質工作原理、化學方程式書寫等知識，題目難度較大，注意掌握原電池、電解池工作原理，注意把握題中信息，能夠正確提取題中信息，聯系所學知識進行解答，試題充分培養了學生的分析、理解能力及靈活應用所學知識的能力．