Question

【題目】FePO4是一種難溶于水的白色固體，可用金屬防腐劑，也可用于制備電動汽車電池的正極材料LiFePO4。實驗室利用FeSO47H2O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(jīng)多次洗滌后所得“FePO4”仍呈棕色，則“FePO4”最可能混有的雜質(zhì)是_____。

(3)“反應(yīng)1”時總反應(yīng)的離子方程式是_____________。

(4)“反應(yīng)2”時總反應(yīng)的化學(xué)方程式是：2LiOH + 6H2C2O4 + 2FePO42LiFePO4 + 7CO2 + 5X +7H2O ，其中X的化學(xué)式為____；每生成1molLiFePO4，該反應(yīng)轉(zhuǎn)移_______mole-。

(5)LiFePO4電池穩(wěn)定性高、安全、對環(huán)境友好，該電池的總反應(yīng)式是：LiFePO4 + C6 Li1﹣xFePO4 + LixC6，其放電時工作原理如圖所示。

則：充電時，a極的電極反應(yīng)式為_____________；

放電時，b極的電極反應(yīng)式為_______________。

Answer 1

【答案】防止后續(xù)反應(yīng)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(fù)操作2﹣3次 Fe(OH)3 2 Fe2+ + ClO﹣+ 2H3PO4 + 4 OH﹣2FePO4↓+ Cl﹣+ 5 H2O CO 3.5 C6 + xLi+ + xe﹣LixC6 Li1﹣xFePO4 + xLi+ + xe﹣LiFePO4

【解析】

(1)防止后續(xù)反應(yīng)中消耗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(fù)操作2﹣3次；

②若經(jīng)多次洗滌后所得“FePO4”仍呈棕色，則“FePO4”最可能混有的雜質(zhì)是Fe(OH)3；

(3)“反應(yīng)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(yīng)產(chǎn)生磷酸鐵沉淀，總反應(yīng)的離子方程式是2 Fe2+ + ClO﹣+ 2H3PO4 + 4 OH﹣=2FePO4↓+ Cl﹣+ 5 H2O；

(4)根據(jù)質(zhì)量守恒可知，反應(yīng)2LiOH + 6H2C2O4 + 2FePO42LiFePO4 + 7CO2 + 5X +7H2O右邊還少了5個C、5個O，X的計量數(shù)為5，則X的化學(xué)式為CO；反應(yīng)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(jù)氧化還原反應(yīng)原理，每生成2molLiFePO4，則生成7mol CO2，轉(zhuǎn)移7mole-，故每生成1molLiFePO4，該反應(yīng)轉(zhuǎn)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，陰極a極上C6得電子產(chǎn)生LixC6，電極反應(yīng)式為C6 + xLi+ + xe﹣LixC6；

放電時，正極b極上Li1﹣xFePO4得電子產(chǎn)生LiFePO4，電極反應(yīng)式為Li1﹣xFePO4 + xLi+ + xe﹣=LiFePO4。