锂离子电池广泛应用于日常电子产品中，也是电动汽车动力电池的首选．正极材料的选择决定了锂离子电池的性能．磷酸铁钾（LiFePO4）以其高倍率性、高比能量、高循环特性、高安全性、低

Question

锂离子电池广泛应用于日常电子产品中，也是电动汽车动力电池的首选．正极材料的选择决定了锂离子电池的性能．磷酸铁钾（LiFePO₄）以其高倍率性、高比能量、高循环特性、高安全性、低成本、环保等优点而逐渐成为“能源新星”．

（1）磷酸铁锂电池比钻酸锂电池或锰酸锂电池更环保的原因是___．
（2）高温固相法是磷酸铁锂生产的主要方法．通常以铁盐、磷酸盐和锂盐为原料，按化学计量比充分混匀后，在惰性气氛的保护中先经过较低温预分解，再经高温焙烧，研磨粉碎制成．
其反应原理如下：①完成上述化学方程式．
Li₂CO₃+2FeC₂O₄•2H₂O+2NH₄H₂PO₄═2LiFePO₄+2NH₃↑+3CO₂↑+___+___
②理论上，反应中每转移0.15mol电子，会生成LiFePO₄___g．
③反应需在惰性气氛的保护中进行，其原因是___．
（3）磷酸铁锂电池装置如图所示，其中正极材料橄榄石型LiFePO₄通过粘合剂附着在铝箔表面，负极石墨材料附着在铜箔表面，电解质为溶解在有机溶剂中的锂盐．
电池工作时的总反应为：LiFePO₄+6C

充电

放电

Li_1-xFePO₄+Li_xC₆，则放电时，正极的电极反应式为___．充电时，Li⁺迁移方向为___（填“由左向右”或“由右向左”），图中聚合物隔膜应为___（填“阳”或“阴”）离子交换膜．
（4）废旧磷酸铁锂电池的正极材料（主要成分为LiFePO₄，难溶于水，不与强碱反应）可通过湿法回收锂和铁，其过程如下：
①碱溶．加入强碱溶液除去铝箔及其氧化物，过滤．
②酸浸．在过滤后的滤渣中加入H₂SO₄和H₂O₂的混合溶液，发生反应的离子方程式为___，得到浸出液．
③分离锂和铁．向浸出液中加碱调节溶液的pH使铁元素沉淀，当pH为___时，铁恰好沉淀完全（已知K_sp[Fe（OH）₃]=1×10^-39当离子浓度小于l×10^-5mo1•L^-1时，可认为该离子沉淀完全）

Answer 1

（1）钴酸锂电池或锰酸锂电池中含有重金属离子，重金属离子会产生污染，所以磷酸铁锂电池比钴酸锂电池或锰酸锂电池更环保；
故答案为：磷酸铁锂电池不会产生重金属污染；
（2）①由原子守恒可知，Li₂CO₃+2FeC₂O₄•2H₂O+2NH₄H₂PO₄═2LiFePO₄+2NH₃↑+3CO₂↑+2CO↑+7H₂O↑；
故答案为：2CO↑、7H₂O↑；
②C₂O₄^2-中C的化合价为+3价，生成CO和CO₂，C元素的化合价分别为+2价、+3价，生成2molCO转移2mol电子，同时生成2molLiFePO₄，则当反应中每转移0.15mol电子，生成0.15molLiFePO₄，其质量为23.7g；
故答案为：23.7；
③亚铁离子容易被氧气氧化，所以要隔绝氧气，即反应需在惰性气氛的保护中进行；
故答案为：防止Fe（II）被氧化；
（3）电池工作时的总反应为：LiFePO₄+6C

充电

放电

Li_1-xFePO₄+Li_xC₆，放电时，Li_1-xFePO₄在正极上得电子发生还原反应，正极反应为Li_1-xFePO₄+xLi⁺+xe^-═LiFePO₄；充电时，正极与外接电源的正极相连为阳极，阳离子向阴极移动，即Li⁺由左向右移动；电解质为锂盐，锂离子通过交换膜向正极移动，所以交换膜应该为阳离子交换膜；
故答案为：Li_1-xFePO₄+xLi⁺+xe^-═LiFePO₄；由左向右；阳；
（4）②LiFePO₄中亚铁离子在酸性条件下，被双氧水氧化为铁离子，则发生反应的离子方程式为2LiFePO₄+2H⁺+H₂O₂═2Li⁺+2Fe³⁺+2PO₄^3-+2H₂O；
故答案为：2LiFePO₄+2H⁺+H₂O₂═2Li⁺+2Fe³⁺+2PO₄^3-+2H₂O；
③当离子浓度小于l×10^-5mo1•L^-1时，可认为该离子沉淀完全，K_sp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）×c³（OH^-），则c³（OH^-）=(1×10-39)/(1×10-5)，所以c（OH^-）=

3

0.1

×10^-11mol/L
≈0.464×10^-11mol/L，则c（H⁺）=2.155×10^-3mol/L，所以pH≈2.7；
故答案为：2.7．