Question

新型鋰離子電池在新能源的開發中占有重要地位，可用作節能環保電動汽車的動力電池．磷酸亞鐵鋰（LiFePO₄）是新型鋰離子電池的首選電極材料，它的制備方法如下：
方法一：將碳酸鋰、乙酸亞鐵[（CH₃COO）₂Fe]、磷酸二氫銨按一定比例混合、充分研磨后，在800℃左右、惰性氣體氛圍中煅燒制得晶態磷酸亞鐵鋰，同時生成的乙酸及其它產物均以氣體逸出．
方法二：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，電解析出磷酸亞鐵鋰沉淀．沉淀經過濾、洗滌、干燥，在800℃左右、惰性氣體氛圍中煅燒制得晶態磷酸亞鐵鋰．
在鋰離子電池中，需要一種有機聚合物作為正負極之間鋰離子遷移的介質，該有機聚合物的單體之一（用M表示）的結構簡式如下：
請回答下列問題：
（1）上述兩種方法制備磷酸亞鐵鋰的過程都必須在惰性氣體氛圍中進行．其原因是______．
（2）在方法一所發生的反應中，除生成磷酸亞鐵鋰、乙酸外，還有______、______、______（填化學式）生成．
（3）在方法二中，陽極生成磷酸亞鐵鋰的電極反應式為______．
（4）寫出M與足量氫氧化鈉溶液反應的化學方程式：______．
（5）已知該鋰離子電池在充電過程中，陽極的磷酸亞鐵鋰生成磷酸鐵，則該電池放電時正極的電極反應式為______．

Answer 1

【答案】分析：（1）亞鐵離子具有強還原性，制備過程中要防止亞鐵化合物被氧化；
（2）可從質量守恒的角度判斷氣體產物；
（3）陽極鐵失電子生成磷酸亞鐵鋰；
（4）M具有酯基，在堿性條件下可發生水解；
（5）根據鋰離子電池在充電過程中的陽極產物，可寫出電解的陽極電極反應式，電池放電時正極反應式與電解陽極反應式相反．
解答：解：（1）亞鐵離子具有強還原性，制備磷酸亞鐵鋰的過程都必須在惰性氣體氛圍中進行，其原因是為了防止亞鐵化合物被氧化，故答案為：為了防止亞鐵化合物被氧化；
（2）將碳酸鋰、乙酸亞鐵、磷酸二氫銨在800℃左右、惰性氣體氛圍中煅燒制得晶態磷酸亞鐵鋰、乙酸及其它產物均以氣體逸出．根據題意和元素守恒，可得其他產物為：CO₂、H₂O和NH₃，故答案為：CO₂；H₂O；NH₃；
（3）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，電解析出磷酸亞鐵鋰沉淀．陽極鐵失電子生成磷酸亞鐵鋰，電極反應式為Fe+H₂PO₄^-+Li⁺-2e^-=LiFePO₄+2H⁺，
故答案為：Fe+H₂PO₄^-+Li⁺-2e^-=LiFePO₄+2H⁺；
（4）M具有酯基，在堿性條件下可發生水解，M與足量氧化鈉溶液反應的化學方程式：，
故答案為：；
（5）鋰離子電池在充電過程中，陽極的磷酸亞鐵鋰生成磷酸鐵，電極反應為LiFePO₄═FePO₄+Li⁺+e^-，該電池放電時，正極發生還原反應，與充電時的陽極反應相反，電極反應式為
FePO₄+Li⁺+e^-═LiFePO₄，故答案為：FePO₄+Li⁺+e^-═LiFePO₄．
點評：本題考查原電池和電解質的工作原理，題目難度中等，本題注意原電池、電解池的兩極反應，把握電極反應式的書寫方法，為中學電化學常考查內容．