Question

【題目】2019年諾貝爾獎(jiǎng)授予JohnB.Goodenough等三位科學(xué)家，以表彰其在鋰電池領(lǐng)域的貢獻(xiàn)。磷酸亞鐵鋰（LiFePO4）用作鋰離子電池正極材料，制備方法如圖：

（1）制備水合磷酸鐵（FePO4·xH2O）固體

①過(guò)程Ⅰ，加NaOH溶液調(diào)pH=2.0時(shí)透明混合溶液中含磷微粒主要是H2PO4-，過(guò)程Ⅰ發(fā)生的主要離子方程式是____。

②過(guò)程Ⅱ“氧化、沉淀”反應(yīng)生成FePO4沉淀的離子方程式是____。

③進(jìn)行過(guò)程III之前，需確認(rèn)過(guò)程II中無(wú)Fe2+，檢驗(yàn)試劑為____。

④FePO4·xH2O樣品受熱脫水過(guò)程的熱重曲線(xiàn)（樣品質(zhì)量隨溫度變化的曲線(xiàn)）如圖：

水合磷酸鐵的化學(xué)式為____。（x取整數(shù)）

（2）制備LiFePO4固體：

在氮?dú)鈿夥毡Ｗo(hù)下，高溫焙燒FePO4、Li2CO3和過(guò)量葡萄糖的固體混合物。

①過(guò)量葡萄糖作用是____。

②鋰離子電池在充電時(shí)，電極材料LiFePO4會(huì)遷出部分Li+，部分轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>Li(1-x)FePO4。此電極的電極反應(yīng)為____。

Answer 1

【答案】H3PO4+OH-=H2PO4-+H2O 2H2PO4+H2O2+2Fe2+=2FePO4↓+2H++2H2O 鐵氰化鉀溶液 FePO4·2H2O 還原劑，把三價(jià)鐵還原成二價(jià)鐵 LiFePO4－xe-=xLi++Li(1－x)FePO4

【解析】

FeSO47H2O在H3PO4中溶解，加入氫氧化鈉溶液中和磷酸生成H2PO4－，過(guò)程Ⅱ“氧化、沉淀”反應(yīng)主要是Fe2+與H2O2 、H2PO4－反應(yīng)生成FePO4沉淀、H+和H2O，再加入氫氧化鈉中和酸，最后得到FePO4·xH2O。高溫焙燒FePO4、Li2CO3和過(guò)量葡萄糖的固體混合物得到LiFePO4固體，鐵化合價(jià)降低，過(guò)量葡萄糖化合價(jià)升高，作還原劑。

⑴①過(guò)程Ⅰ，加NaOH溶液調(diào)pH = 2.0時(shí)透明混合溶液中含磷微粒主要是H2PO4－，說(shuō)明過(guò)程Ⅰ主要發(fā)生磷酸和氫氧化鈉反應(yīng)生成水和H2PO4－，其主要離子方程式是H3PO4+OH－ = H2PO4－ + H2O；故答案為：H3PO4+OH－ = H2PO4－ + H2O。

②過(guò)程Ⅱ“氧化、沉淀”反應(yīng)主要是Fe2+與H2O2 、H2PO4－反應(yīng)生成FePO4沉淀、H+和H2O，因此生成FePO4沉淀的離子方程式是2H2PO4－+H2O2 +2Fe2+ = 2FePO4↓ + 2H++2H2O；故答案為：2H2PO4－+H2O2 +2Fe2+ = 2FePO4↓ + 2H++2H2O。

③進(jìn)行過(guò)程III之前，需確認(rèn)過(guò)程II中無(wú)Fe2+，常用鐵氰化鉀溶液試劑檢驗(yàn)；故答案為：鐵氰化鉀溶液。

④假設(shè)100g FePO4·xH2O樣品受熱，得到FePO4固體80g，水20g，根據(jù)物質(zhì)的量比例得到，因此水合磷酸鐵的化學(xué)式為FePO4·2H2O；故答案為：FePO4·2H2O。

⑵①高溫焙燒FePO4、Li2CO3和過(guò)量葡萄糖的固體混合物得到LiFePO4固體，鐵的化合價(jià)降低，則過(guò)量葡萄糖化合價(jià)升高，作還原劑，主要是將三價(jià)鐵還原成二價(jià)鐵；故答案為：還原劑，把三價(jià)鐵還原成二價(jià)鐵。

②鋰離子電池在充電時(shí)，電極材料LiFePO4會(huì)遷出部分Li+，部分轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>Li(1-x)FePO4。此電極的電極反應(yīng)為LiFePO4－xe－ = xLi+ + Li(1－x)FePO4；故答案為：LiFePO4－xe－ = xLi+ + Li(1－x)FePO4。