Question

2．磷酸亞鐵鋰電池裝置如圖所示，其中正極材料橄欖石型LiFePO₄通過粘合劑附著在鋁箔表面，負極石墨材料附著在銅箔表面，電解質為溶解在有機溶劑中的鋰鹽．

（1）電池工作時的總反應為：LiFePO₄+6C$?_{放點}^{充電}$Li_1-xFePO₄+Li_xC₆，則放電時，正極的電極反應式為Li_1-xFePO₄+xLi⁺+xe^-═LiFePO₄．充電時，Li⁺遷移方向為由左向右（填“由左向右”或“由右向左”），圖中聚合物隔膜應為陽（填“陽”或“陰”）離子交換膜．
（2）用該電池電解精煉銅．若用放電的電流強度I=2.0A的電池工作10分鐘，電解精煉銅得到銅0.32g，則電流利用效率為80.4%（保留小數點后一位）．
（已知：法拉第常數F=96500C/mol，電流利用效率=$\frac{負載利用電量}{電池輸出電量}$×100%）

Answer 1

分析 （1）放電時，Li_1-xFePO₄在正極上得電子發生氧化反應；充電時，陽離子向陰極移動；電解質為鋰鹽，鋰離子通過交換膜向正極移動；
（2）電解精煉銅得到銅0.32g時，電解消耗的電量Q=znF，根據放電的電流強度I=2.0A，電池工作10分鐘，可計算得電池的輸出電量，根據電流利用效率=$\frac{負載利用電量}{電池輸出電量}$，可計算出電流利用率．

解答 解：（1）電池工作時的總反應為：LiFePO₄+6C$?_{放點}^{充電}$Li_1-xFePO₄+Li_xC₆，放電時，Li_1-xFePO₄在正極上得電子發生氧化反應，正極反應為Li_1-xFePO₄+xLi⁺+xe^-═LiFePO₄；充電時，正極與外接電源的正極相連為陽極，陽離子向陰極移動，即Li⁺由左向右移動；電解質為鋰鹽，鋰離子通過交換膜向正極移動，所以交換膜應該為陽離子交換膜，
故答案為：Li_1-xFePO₄+xLi⁺+xe^-═LiFePO₄；由左向右；陽；
（2）LiFePO₄+6C$?_{放點}^{充電}$Li_1-xFePO₄+Li_xC₆，電解精煉銅得到銅0.32g時，即銅的物質的量為$\frac{0.32}{64}$=0.005mol，所以電解消耗的電量Q=2×0.005mol×96500C/mol=965C，根據放電的電流強度I=2.0A，電池工作10分鐘，可計算得電池的輸出電量Q=It=2.0×10×60=1200C，根據電流利用效率=$\frac{負載利用電量}{電池輸出電量}$=$\frac{965}{1200}$×100%=80.4%，
故答案為：80.4%．

點評 本題綜合考查了物質的制備原理、原電池和電解池工作原理及相關計算，側重于學生的分析能力和計算能力的考查，熟悉原電池、電解池工作原理及各個電極發生反應，難點是電流利用率的計算，題目難度中等．