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(guò)粘合劑附著在鋁箔表面，負(fù)極石墨材料附著在銅箔表面，電解質(zhì)為溶解在有機(jī)溶劑中的鋰鹽．

（1）電池工作時(shí)的總反應(yīng)為：LiFePO₄+6C$?_{放點(diǎn)}^{充電}$Li_1-xFePO₄+Li_xC₆，則放電時(shí)，正極的電極反應(yīng)式為L(zhǎng)i_1-xFePO₄+xLi⁺+xe^-═LiFePO₄．充電時(shí)，Li⁺遷移方向?yàn)橛勺笙蛴遥ㄌ睢坝勺笙蛴摇被颉坝捎蚁蜃蟆保�，圖中聚合物隔膜應(yīng)為陽(yáng)（填“陽(yáng)”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(qiáng)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(shù)點(diǎn)后一位）．
（已知：法拉第常數(shù)F=96500C/mol，電流利用效率=$\frac{負(fù)載利用電量}{電池輸出電量}$×100%）

Answer 1

分析 （1）放電時(shí)，Li_1-xFePO₄在正極上得電子發(fā)生氧化反應(yīng)；充電時(shí)，陽(yáng)離子向陰極移動(dòng)；電解質(zhì)為鋰鹽，鋰離子通過(guò)交換膜向正極移動(dòng)；
（2）電解精煉銅得到銅0.32g時(shí)，電解消耗的電量Q=znF，根據(jù)放電的電流強(qiáng)度I=2.0A，電池工作10分鐘，可計(jì)算得電池的輸出電量，根據(jù)電流利用效率=$\frac{負(fù)載利用電量}{電池輸出電量}$，可計(jì)算出電流利用率．

解答 解：（1）電池工作時(shí)的總反應(yīng)為：LiFePO₄+6C$?_{放點(diǎn)}^{充電}$Li_1-xFePO₄+Li_xC₆，放電時(shí)，Li_1-xFePO₄在正極上得電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極反應(yīng)為L(zhǎng)i_1-xFePO₄+xLi⁺+xe^-═LiFePO₄；充電時(shí)，正極與外接電源的正極相連為陽(yáng)極，陽(yáng)離子向陰極移動(dòng)，即Li⁺由左向右移動(dòng)；電解質(zhì)為鋰鹽，鋰離子通過(guò)交換膜向正極移動(dòng)，所以交換膜應(yīng)該為陽(yáng)離子交換膜，
故答案為：Li_1-xFePO₄+xLi⁺+xe^-═LiFePO₄；由左向右；陽(yáng)；
（2）LiFePO₄+6C$?_{放點(diǎn)}^{充電}$Li_1-xFePO₄+Li_xC₆，電解精煉銅得到銅0.32g時(shí)，即銅的物質(zhì)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(jù)放電的電流強(qiáng)度I=2.0A，電池工作10分鐘，可計(jì)算得電池的輸出電量Q=It=2.0×10×60=1200C，根據(jù)電流利用效率=$\frac{負(fù)載利用電量}{電池輸出電量}$=$\frac{965}{1200}$×100%=80.4%，
故答案為：80.4%．

點(diǎn)評(píng) 本題綜合考查了物質(zhì)的制備原理、原電池和電解池工作原理及相關(guān)計(jì)算，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和計(jì)算能力的考查，熟悉原電池、電解池工作原理及各個(gè)電極發(fā)生反應(yīng)，難點(diǎn)是電流利用率的計(jì)算，題目難度中等．