Question

【题目】FePO4是一种难溶于水的白色固体，可用金属防腐剂，也可用于制备电动汽车电池的正极材料LiFePO4。实验室利用FeSO47H2O和H3PO4（弱酸）制备FePO4 、LiFePO4流程如下图：

回答下列问题：

(1)“溶解”时H3PO4不宜过量太多的原因是__________。

(2)①洗涤FePO4沉淀的操作是__________；

②若经多次洗涤后所得“FePO4”仍呈棕色，则“FePO4”最可能混有的杂质是_____。

(3)“反应1”时总反应的离子方程式是_____________。

(4)“反应2”时总反应的化学方程式是：2LiOH + 6H2C2O4 + 2FePO42LiFePO4 + 7CO2 + 5X +7H2O ，其中X的化学式为____；每生成1molLiFePO4，该反应转移_______mole-。

(5)LiFePO4电池稳定性高、安全、对环境友好，该电池的总反应式是：LiFePO4 + C6 Li1﹣xFePO4 + LixC6，其放电时工作原理如图所示。

则：充电时，a极的电极反应式为_____________；

放电时，b极的电极反应式为_______________。

Answer 1

【答案】防止后续反应中消耗NaOH，浪费原料 向漏斗中加入蒸馏水刚好浸没沉淀，待水流尽，重复操作2﹣3次 Fe(OH)3 2 Fe2+ + ClO﹣+ 2H3PO4 + 4 OH﹣2FePO4↓+ Cl﹣+ 5 H2O CO 3.5 C6 + xLi+ + xe﹣LixC6 Li1﹣xFePO4 + xLi+ + xe﹣LiFePO4

【解析】

(1)防止后续反应中消耗NaOH，浪费原料，故“溶解”时H3PO4不宜过量太多；

(2)①洗涤FePO4沉淀的操作是向漏斗中加入蒸馏水刚好浸没沉淀，待水流尽，重复操作2﹣3次；

②若经多次洗涤后所得“FePO4”仍呈棕色，则“FePO4”最可能混有的杂质是Fe(OH)3；

(3)“反应1”时亚铁离子被次氯酸钠氧化，碱性条件下铁离子与磷酸根离子反应产生磷酸铁沉淀，总反应的离子方程式是2 Fe2+ + ClO﹣+ 2H3PO4 + 4 OH﹣=2FePO4↓+ Cl﹣+ 5 H2O；

(4)根据质量守恒可知，反应2LiOH + 6H2C2O4 + 2FePO42LiFePO4 + 7CO2 + 5X +7H2O右边还少了5个C、5个O，X的计量数为5，则X的化学式为CO；反应中碳元素由+3价降为+2价、铁元素由+3价降为+2价；碳元素由+3价升为+4价，根据氧化还原反应原理，每生成2molLiFePO4，则生成7mol CO2，转移7mole-，故每生成1molLiFePO4，该反应转移3.5mole-；

(5)原电池中阳离子向正极移动，锂离子向电极b移动，则电极b为正极，充电时b电极为阳极，阴极a极上C6得电子产生LixC6，电极反应式为C6 + xLi+ + xe﹣LixC6；

放电时，正极b极上Li1﹣xFePO4得电子产生LiFePO4，电极反应式为Li1﹣xFePO4 + xLi+ + xe﹣=LiFePO4。