Question

【題目】新能源汽車的核心部 件是鋰離子電池，磷酸亞鐵鋰(LiFePO4)以其高倍率性、高比能量、高循環(huán)特征、高安全性、低成本、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)而逐漸成為“能源新寵”。

[方法一]高溫固相法是磷酸亞鐵鋰生產(chǎn)的主要方法。通常以亞鐵鹽(如FeC2O42H2O)磷酸鹽和鋰鹽為原料，充分混勻后，在惰性氣氛的保護(hù)氣中先經(jīng)過(guò)較低溫預(yù)分解，再經(jīng)過(guò)高溫焙燒，研磨粉碎制成。其反應(yīng)原理如下：

Li2CO3+2FeC2O42H2O+2NH4H2PO4 =2NH3↑+3CO2↑+ + +

(1)完成上述化學(xué)方程式______。

(2)理論上，反應(yīng)中每轉(zhuǎn)移0.15mol電子，會(huì)生成 ______gLiFePO4。

[方法二]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。其主要工藝流程如圖：

已知：2LiAl(SiO3)2+H2SO4(濃)Li2SO4 + Al2O34SiO2H2O↓

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	30.5

(1)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_____。

(2)濾渣II的主要成分是_______(填化學(xué)式)。

(3)寫出在高溫下生成磷酸亞鐵鋰的化學(xué)方程式：_____________。

(4)工業(yè)上，將 Li2CO3粗品制備成高純 Li2CO3 的部分工藝如下：

①將粗產(chǎn)品Li2CO3溶于鹽酸作電解槽的陽(yáng)極液，LiOH溶液作陰極液，兩者用離子選擇半透膜隔開(kāi)，用惰性電極電解，陽(yáng)極的電極反應(yīng)式是____________。

②電解后向產(chǎn)品LiOH 溶液中加入過(guò)量 NH4 HCO3并加熱，過(guò)濾、烘干得高純 Li2CO3。 請(qǐng)寫出生成Li2CO3的化學(xué)方程式：___________。

Answer 1

【答案】2LiFePO4 2CO↑ 7H2O↑ 23.7 Li2CO3的溶解度隨溫度升高而減小，熱水洗滌可減少Li2CO3 的損失 Mg(OH)2、CaCO3 2FePO4+Li2CO3+2C2LiFePO4+3CO↑ 2Cl--2e-=Cl2↑ 2LiOH+NH4HCO3Li2CO3 ↓+2H2O+NH3 ↑

【解析】

[方法一]（1）根據(jù)原子守恒分析；

（2）C2O42－中C的化合價(jià)為+3價(jià)，生成CO和CO2，C元素的化合價(jià)分別為+2價(jià)、+3價(jià)，根據(jù)電子與LiFePO4的關(guān)系計(jì)算；

[方法二]2LiAl（SiO3）2+H2SO4（濃）=Li2SO4+Al2O3·4SiO2·H2O↓，冷卻加水過(guò)濾得到濾液I和濾渣I，濾渣中含有Al2O3·4SiO2·H2O↓，濾液中含有Li2SO4、MgSO4、CaSO4，向?yàn)V液中加入NaOH、Na2CO3，鎂離子和NaOH反應(yīng)生成氫氧化鎂沉淀，鈣離子和碳酸鈉反應(yīng)生成碳酸鈣沉淀，所以濾渣II為Mg(OH)2、CaCO3，濾液中含有硫酸鋰，向?yàn)V液中加入飽和碳酸鈉得到碳酸鋰沉淀，鐵和磷酸反應(yīng)生成磷酸鐵，磷酸鐵和碳酸鋰在高溫下反應(yīng)生成LiFePO4；

[方法一]（1）由原子守恒可知，Li2CO3+2FeC2O4·2H2O+2NH4H2PO4═2LiFePO4+2NH3↑+3CO2↑+2CO↑+7H2O↑，故答案為：2LiFePO4；2CO↑；7H2O↑；

（2）C2O42－中C的化合價(jià)為+3價(jià)，生成CO和CO2，C元素的化合價(jià)分別為+2價(jià)、+3價(jià)，生成2molCO轉(zhuǎn)移2mol電子，同時(shí)生成2molLiFePO4，則當(dāng)反應(yīng)中每轉(zhuǎn)移0.15mol電子，生成0.15molLiFePO4，其質(zhì)量為23.7g，故答案為：23.7；

[方法二]（1）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Li2CO3的溶解度隨溫度升高而減小，熱水洗滌可減少Li2CO3 的損失。

故答案為：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）向?yàn)V液中加入NaOH、Na2CO3，鎂離子和NaOH反應(yīng)生成氫氧化鎂沉淀，鈣離子和碳酸鈉反應(yīng)生成碳酸鈣沉淀，所以濾渣II為Mg(OH)2、CaCO3。故答案為：Mg(OH)2、CaCO3；

（3）在高溫下FePO4被碳還原生成磷酸亞鐵鋰的化學(xué)方程式：2FePO4+Li2CO3+2C2LiFePO4+3CO↑ 。 故答案為：2FePO4+Li2CO3+2C2LiFePO4+3CO↑ ；

（4）工業(yè)上，將 Li2CO3粗品制備成高純 Li2CO3 的部分工藝如下：

①將粗產(chǎn)品Li2CO3溶于鹽酸作電解槽的陽(yáng)極液，LiOH溶液作陰極液，兩者用離子選擇半透膜隔開(kāi)，用惰性電極電解，陽(yáng)極氯離子失電子被氧化，電極反應(yīng)式是2Cl--2e-=Cl2↑ 。故答案為：2Cl--2e-=Cl2↑ ；

②電解后向產(chǎn)品LiOH 溶液中加入過(guò)量 NH4 HCO3并加熱，過(guò)濾、烘干得高純 Li2CO3。 生成Li2CO3的化學(xué)方程式：2LiOH+NH4HCO3Li2CO3 ↓+2H2O+NH3 ↑。故答案為：2LiOH+NH4HCO3Li2CO3 ↓+2H2O+NH3 ↑。