Question

磷酸亞鐵鋰LiFePO₄是一種新型汽車(chē)鋰離子電池的電極材料。某化工廠以鐵紅、鋰輝石LiAl（SiO₃）₂（含少量Ca²⁺、Mg²⁺的鹽）、碳粉等原料來(lái)生產(chǎn)磷酸亞鐵鋰。其主要工藝流程如下：

已知：2LiAl（SiO₃）₂ + H₂SO₄(濃)  Li₂SO₄ + Al₂O₃·4SiO₂·H₂O↓

溫度/℃	20	40	60	80
溶解度(Li2CO3)/g	1.33	1.17	1.01	0.85
溶解度(Li2SO4)/g	34.2	32.8	31.9	30.7

 

 

 

（1）從濾渣Ⅰ中可分離出Al₂O₃，如下圖所示。請(qǐng)寫(xiě)出生成沉淀的離子方程式          。

（2）濾渣Ⅱ的主要成分是：             （填化學(xué)式）。

（3）向?yàn)V液Ⅱ中加入飽和Na₂CO₃溶液，過(guò)濾后，用“熱水洗滌”的原因是             

                                                                  。

（4）寫(xiě)出在高溫下生成磷酸亞鐵鋰的化學(xué)方程式                         。

（5）磷酸亞鐵鋰電池總反應(yīng)為：FePO₄+LiLiFePO₄，電池中的固體電解質(zhì)可傳導(dǎo)Li^＋。試寫(xiě)出該電池放電時(shí)的正極反應(yīng)：                             。若用該電池電解飽和食鹽水（電解池電極均為惰性電極），當(dāng)電解池兩極共有4480mL氣體（標(biāo)準(zhǔn)狀況）產(chǎn)生時(shí)，該電池消耗鋰的質(zhì)量為                  。

 

Answer 1

【答案】

（1）Al³⁺+3NH₃·H₂O＝Al(OH)₃↓+3NH₄⁺    （2分）

（2）Mg(OH)₂、CaCO₃（共4分，對(duì)一個(gè)得2分，答錯(cuò)不得分，但不倒扣分）

（3）Li₂CO₃的溶解度隨溫度升高而減小，熱水洗滌可減少Li₂CO₃的損失（2分）

（4）2FePO₄+ Li₂CO₃+2C  2LiFePO₄+3CO↑（2分）

（5）FePO₄+Li⁺+e^-=LiFePO₄ （2分）；1.4g（2分）

【解析】

試題分析：（1）由已知化學(xué)方程式可知，濾渣Ⅰ的主要成分是Al₂O₃·4SiO₂·H₂O，要通過(guò)灼燒沉淀生成氧化鋁，故沉淀為氫氧化鋁，則必須加入過(guò)量的弱堿，如氨水；（2）鋰輝石LiAl（SiO₃）₂（含少量Ca²⁺、Mg²⁺的鹽），故用氫氧化鈉先中和過(guò)量的濃硫酸，再調(diào)高pH值，使鎂離子變成氫氧化鎂沉淀析出，鈣離子則通過(guò)加入碳酸鈉，生成碳酸鈣沉淀析出，故濾渣Ⅱ的主要成分是Mg(OH)₂、CaCO₃；（3）由表中數(shù)據(jù)可知，Li₂CO₃的溶解度隨溫度升高而減小，故通過(guò)熱水洗滌可減少碳酸鋰的損失；（4）因加入過(guò)量碳粉，故碳粉必定不能完全反應(yīng)，因此生成一氧化碳，而非二氧化碳，根據(jù)得失電子守恒進(jìn)行配平；（5）電池放電時(shí)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為FePO₄+Li⁺+e^-=LiFePO₄；當(dāng)電解飽和食鹽水時(shí)，陽(yáng)極為氯離子在放電，產(chǎn)生氯氣，陰極為氫離子在放電，產(chǎn)生氫氣，當(dāng)兩極共有4480mL氣體產(chǎn)生，即0.1mol氯氣和0.1mol氫氣，轉(zhuǎn)移0.2mol電子，相當(dāng)于消耗0.2mol的鋰，質(zhì)量為1.4g。

考點(diǎn)：化學(xué)與化工生產(chǎn)

點(diǎn)評(píng)：化工生產(chǎn)跟人類(lèi)的生活息息相關(guān)，它是化學(xué)在現(xiàn)實(shí)生活中的最有用的應(yīng)用，近年來(lái)化工生產(chǎn)在高考中的分量逐漸增大，考生在備考過(guò)程中應(yīng)注意聯(lián)系實(shí)際，學(xué)以致用。難度較大。