18．鋰離子電池廣泛應(yīng)用于日常電子產(chǎn)品中，也是電動汽車動力電池的首選．正極材料的選擇決定了鋰離子電池的性能．磷酸鐵鉀（LiFePO4）以其高倍率性、高比能量、高循環(huán)特性、高安全性、低成本、環(huán)保等優(yōu)點而逐漸成為“能源新星”．
（1）高溫固相法是磷酸鐵鋰生產(chǎn)的主要方法．通常以鐵鹽、磷酸鹽和鋰鹽為原料，按化學(xué)計量比充分混勻后，在惰性氣氛的保護中先經(jīng)過較低溫預(yù)分解，再經(jīng)高溫焙燒，研磨粉碎制成．其反應(yīng)原理如下：
Li2CO3+2FeC2O4•2H2O+2NH4H2PO4═2NH3↑+3CO2↑+2LiFePO4+2CO↑+5H2O↑
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，會生成LiFePO423.7g；
③反應(yīng)需在惰性氣氛的保護中進行，其原因是防止Fe（Ⅱ）被氧化；
（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通過粘合劑附著在鋁箔表面，負極石墨材料附著在銅箔表面，電解質(zhì)為溶解在有機溶劑中的鋰鹽．

電池工作時的總反應(yīng)為：LiFePO4+6C$?_{放電}^{充電}$Li1-xFePO4+LixC6，則放電時，正極的電極反應(yīng)式為Li1-xFePO4+xLi++xe-═LiFePO4．充電時，Li+遷移方向為由左向右（填“由左向右”或“由右向左”），圖中聚合物隔膜應(yīng)為陽（填“陽”或“陰”）離子交換膜．
（3）用該電池電解精煉銅．若用放電的電流強度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)點后一位）．（已知：法拉第常數(shù)F=96500C/mol，電流利用效率=$\frac{負載利用電量}{電池輸出電量}$×100%）
（4）廢舊磷酸亞鐵鋰電池的正極材料中的LiFePO4難溶于水，可用H2SO4和H2O2的混合溶液浸取，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2LiFePO4+2H++H2O2═2Li++2Fe3++2PO43-+2H2O．

分析 （1）①根據(jù)原子守恒分析；
②C2O42-中C的化合價為+3價，生成CO和CO2，C元素的化合價分別為+2價、+4價，根據(jù)電子與LiFePO4的關(guān)系計算；
③亞鐵離子容易被氧氣氧化；
（2）放電時，Li1-xFePO4在正極上得電子發(fā)生氧化反應(yīng)；充電時，陽離子向陰極移動；電解質(zhì)為鋰鹽，鋰離子通過交換膜向正極移動；
（3）電解精煉銅得到銅0.32g時，電解消耗的電量Q=znF，根據(jù)放電的電流強度I=2.0A，電池工作10分鐘，可計算得電池的輸出電量，根據(jù)電流利用效率=$\frac{負載利用電量}{電池輸出電量}$，可計算出電流利用率；
（4）LiFePO4中亞鐵離子在酸性條件下，被雙氧水氧化為鐵離子．

解答 解：（1）①由原子守恒可知，Li2CO3+2FeC2O4•2H2O+2NH4H2PO4═2LiFePO4+2NH3↑+3CO2↑+2CO↑+7H2O↑，
故答案為：2LiFePO4；2CO↑；7H2O↑；
②C2O42-中C的化合價為+3價，生成CO和CO2，C元素的化合價分別為+2價、+4價，生成2molCO轉(zhuǎn)移2mol電子，同時生成2molLiFePO4，則當反應(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；
③亞鐵離子容易被氧氣氧化，所以要隔絕氧氣，即反應(yīng)需在惰性氣氛的保護中進行，
故答案為：防止Fe（Ⅱ）被氧化；
（2）電池工作時的總反應(yīng)為：LiFePO4+6C$?_{放電}^{充電}$Li1-xFePO4+LixC6，放電時，Li1-xFePO4在正極上得電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極反應(yīng)為Li1-xFePO4+xLi++xe-═LiFePO4；充電時，正極與外接電源的正極相連為陽極，陽離子向陰極移動，即Li+由左向右移動；電解質(zhì)為鋰鹽，鋰離子通過交換膜向正極移動，所以交換膜應(yīng)該為陽離子交換膜，
故答案為：Li1-xFePO4+xLi++xe-═LiFePO4；由左向右；陽；
（3）LiFePO4+6C$?_{放電}^{充電}$Li1-xFePO4+LixC6，電解精煉銅得到銅0.32g時，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)放電的電流強度I=2.0A，電池工作10分鐘，可計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=$\frac{負載利用電量}{電池輸出電量}$=$\frac{965}{1200}$×100%=80.4%，
故答案為：80.4%；
（4）LiFePO4中亞鐵離子在酸性條件下，被雙氧水氧化為鐵離子，則發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2LiFePO4+2H++H2O2═2Li++2Fe3++2PO43-+2H2O，
故答案為：2LiFePO4+2H++H2O2═2Li++2Fe3++2PO43-+2H2O．

點評 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)計算，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和計算能力的考查，熟悉原電池、電解池工作原理及各個電極發(fā)生反應(yīng)，難點是電流利用率的計算，題目難度中等．

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中化學(xué) 來源： 題型：解答題

19．磷單質(zhì)及其化合物有廣泛應(yīng)用．
（1）三聚磷酸可視為三個磷酸分子（磷酸結(jié)構(gòu)式見圖）之間脫去兩個水分子產(chǎn)物，三聚磷酸鈉（俗稱“五鈉”）是常用的水處理劑，其化學(xué)式為Na5P3O10．
（2）次磷酸鈉（NaH2PO2）可用于化學(xué)鍍鎳．
①NaH2PO2中P元素的化合價為+1．
②化學(xué)鍍鎳的溶液中含有Ni2+和H2PO-2，在酸性等條件下發(fā)生下述反應(yīng)：請配平
2Ni2++1H2PO2-+H2O→2Ni++1H2PO3-+2H+．

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：解答題

20．在煉油工業(yè)中常用醋酸銅氨溶液含{[Cu（NH3）2]+、CH3COO-和NH3}除去H2中的CO、O2及H2S氣體．
（1）已知醋酸銅氨溶液吸收CO的反應(yīng)為：[Cu（NH3）2]+（aq）+CO（g）+NH3（g）?[Cu（NH3）2•CO]+（aq）．
若反應(yīng)在恒容密閉容器中進行，則能說明該反應(yīng)已達到平衡狀態(tài)的是bc．
a．v（CO）正=v（NH3）正
b．容器內(nèi)氣體壓強不再隨時間變化
c．[Cu（NH3）2]+濃度不再隨時間變化
（2）醋酸銅氨溶液吸收CO一段時間后將失效，用下列方法可回收廢醋酸銅氨溶液中的銅．
①“預(yù)處理”時，尾氣中除N2、CO、O2、CO2及H2O外，還有NH3．
②加入硫化鈉溶液時發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為Cu2++S2-=CuS↓．
③加入硝酸時發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為3CuS+8HNO3=3Cu（NO3）2+2NO↑+3S↓+4H2O．
④已知上述流程中只有“沉銅”和“結(jié)晶”步驟銅元素有損耗．“沉銅”時銅元素的損耗率為4%；“結(jié)晶”時銅元素的損耗率為2%．若1L廢液最終制得Cu（NO3）2•3H2O  363g，則1L廢液中銅元素的質(zhì)量為102g．

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：解答題

6．氨氣是一種重要的化工原料，在工農(nóng)業(yè)中都有廣泛的應(yīng)用．
（1）NH3和CO2在120℃和催化劑的作用下可以合成尿素，反應(yīng)方程式為2NH3（g）+CO2（g）?CO（NH2）2（s）+H2O（g）．
某實驗小組向一個容積不變的真空密閉容器中充入CO2與NH3合成尿素，在恒定溫度下，混合氣體中NH3的體積分數(shù)隨時間的變化關(guān)系如圖所示（該條件下尿素為固體）．
A點的正反應(yīng)速率v正（CO2）大于（填“大于”“小于”或“等于”）B點的逆反應(yīng)速率v逆（CO2），NH3的平衡轉(zhuǎn)化率為75%．
（2）氨基甲酸銨（NH2COONH4）是合成尿素過程的中間產(chǎn)物，現(xiàn)將體積比為2：1的NH3和CO2混合氣體充入一個容積不變的真空密閉容器中，在恒定溫度下使其發(fā)生反應(yīng)并達到平衡：2NH3（g）+CO2（g）?NH2COONH4（s）．
實驗測得在不同溫度下的平衡數(shù)據(jù)如下表：
溫度（℃）15.020.025.030.035.0
平衡氣體總濃度
（10-3mol•L-1）		2.43.44.86.89.6
①上述反應(yīng)的焓變：△H＜0，熵變△S＜0（填“＞”“＜”或“=”）．
②下列說法能說明上述反應(yīng)建立化學(xué)平衡狀態(tài)的是CD．
A．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再發(fā)生變化
B．混合氣體中NH3與CO2的濃度之比不再發(fā)生變化
C．混合氣體的密度不再發(fā)生變化
D．v正（NH3）=2v逆（CO2）
③根據(jù)表中數(shù)據(jù)，列出25.0℃時該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)的計算式K=$\frac{1}{（3.2×1{0}^{-3}）^{2}×（1.6×1{0}^{-3}）}$（不要求計算結(jié)果），該反應(yīng)溫度每升高10℃，化學(xué)平衡常數(shù)就變?yōu)樵瓉淼?倍．
④溫度一定時，向上述容器中再按照NH3和CO2物質(zhì)的量之比為2：1充入一定量的混合氣體，平衡向右（填“向左”“向右”或“不”）移動，該平衡中NH3的濃度與原平衡時NH3濃度相比前者大（填“前者大”“后者大”或“相等”）．

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：實驗題

13．在容積為1.00L的容器中，通入一定量的N2O4，發(fā)生反應(yīng)N2O4（g）?2NO2（g），隨溫度升高，混合氣體的顏色變深．回答下列問題：
（1）反應(yīng)的△H大于0（填“大于”或“小于”）；100℃時，體系中各物質(zhì)濃度隨時間變化如圖所示．在0～60s時段，反應(yīng)速率v（N2O4）為0.0010mol•L-1•s-1；反應(yīng)的平衡常數(shù)K1為0.36mol/L．
（2）100℃時達平衡后，改變反應(yīng)溫度為T，c（N2O4）以0.0020mol•L-1•s-1的平均速率降低，經(jīng)10s又達到平衡．
①T大于100℃（填“大于”或“小于”），判斷理由是c（N2O4）降低平衡正向移動，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，故溫度升高．
②列式計算溫度T時反應(yīng)的平衡常數(shù)K2：1.28mol/L．
（3）溫度T時反應(yīng)達平衡后，將反應(yīng)容器的容積減少一半，平衡向逆反應(yīng)（填“正反應(yīng)”或“逆反應(yīng)”）方向移動，判斷理由是增大壓強平衡向氣體體積減小即逆反應(yīng)方向移動．

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：選擇題

3．某溶液中可能含有下列6種離子中的某幾種：Cl-、SO42-、HCO3-、Na+、K+、Mg2+，所含離子的濃度均相等．為了確認溶液的組成，進行如下實驗：取200mL上述溶液，加入足量Ba（OH）2溶液，反應(yīng)后將沉淀過濾、洗滌、干燥，得沉淀4.88g，向沉淀中加入過量的鹽酸，有2.33g．關(guān)于原溶液組成的結(jié)論，不正確的是（　�。�
A．一定存在SO42-、HCO3-、Mg2+，至少存在Na+、K+中的一種
B．為了確定是否存在Cl-，可向溶液中加入硝酸酸化的硝酸銀溶液
C．c（HCO3-）=0.05mol/L
D．4.88g沉淀中含有3種成分

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：推斷題

10．A、B、C、D、E、F六種短周期元素，其原子序數(shù)依次增大，其中B與C同周期，D與E和F同周期，A與D同主族，C與F同主族，F(xiàn)元祖的原子最外層電子數(shù)是電子層數(shù)的二倍，D是所在周期原子半徑最大的主族元素．又知六種元素所形成的常見單質(zhì)在常溫常壓下有三種是氣體，三種是固體．
請回答下列問題：
（1）元素F在周期表中的位置第三周期 VIA族．
（2）C、D、F三種元素形成的簡單離子的半徑由大到小的順序是S2-＞O2-＞Na+（用離子符號表示）．
（3）由A、B、C三種元素以原子個數(shù)比4：2：3形成化合物X中所含化學(xué)鍵類型有①②④．（填數(shù)字編號）
①離子鍵  ②極性鍵   ③非極性鍵   ④配位鍵   ⑤氫鍵
（4）由A、B兩種元素以原子個數(shù)比2：1形成的液態(tài)化合物Y含有18個電子，其水合物是一種二元弱堿，則Y的電子式為；由A、C、F三種元素形成的某化合物能與化合物Y形成一種酸式鹽，常溫下．1mol/L該酸式鹽的pH為1，請寫出該酸式鹽的化學(xué)式N2H5HSO4．
（5）化合物Y和A、C形成的18電子分子可相互反應(yīng)生成兩種產(chǎn)物，其中一種產(chǎn)物是空氣的主要成分，請寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式：N2H4+2H2O2=N2↑+4H2O
（6）若E是金屬元素，其單質(zhì)與氧化鐵反應(yīng)常用于焊接鋼軌，請寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式：2Al+Fe2O3$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+Al2O3．

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：選擇題

7．某溶液中含有SO32-、CO32-、HCO3-、SO42-、Na+，向該溶液中加入足量的Na2O2，假設(shè)溶液體積變化忽略不計，下列說法不正確的是（　�。�
A．有氣體生成
B．Na+濃度基本不變
C．HCO3-濃度減小而CO32-濃度增大
D．SO32-發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：SO32-+Na2O2+H2O=2Na++SO42-+2OH-

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：選擇題

8．常溫下，往5%的H2O2溶液中滴加2～3滴FeCl3溶液，可發(fā)生如下兩個反應(yīng)：
①2Fe3++H2O2═2Fe2++O2↑+2H+②2Fe2++H2O2+2H+═2Fe3++2H2O
下列說法不正確的是（　�。�
A．Fe3+在反應(yīng)①中作氧化劑，在反應(yīng)②中為氧化產(chǎn)物
B．若生成標準狀況下22.4 L O2，則整個過程中轉(zhuǎn)移電子總數(shù)為2 mol
C．在H2O2分解過程中，溶液的pH逐漸減小
D．在工業(yè)生產(chǎn)H2O2過程中要嚴格避免混入Fe3+

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