Question

【题目】新能源汽车的核心部 件是锂离子电池，磷酸亚铁锂(LiFePO4)以其高倍率性、高比能量、高循环特征、高安全性、低成本、环保等优点而逐渐成为“能源新宠”。

[方法一]高温固相法是磷酸亚铁锂生产的主要方法。通常以亚铁盐(如FeC2O42H2O)磷酸盐和锂盐为原料，充分混匀后，在惰性气氛的保护气中先经过较低温预分解，再经过高温焙烧，研磨粉碎制成。其反应原理如下：

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

(1)完成上述化学方程式______。

(2)理论上，反应中每转移0.15mol电子，会生成 ______gLiFePO4。

[方法二]以铁红、锂辉石LiAl(SiO3)2(含少量Ca2+、Mg2+的盐)、碳粉等原料来生产磷酸亚铁锂。其主要工艺流程如图：

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

温度/℃	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)向滤液II中加入饱和Na2CO3溶液，过滤后 ，用“热水洗涤”的原因是_____。

(2)滤渣II的主要成分是_______(填化学式)。

(3)写出在高温下生成磷酸亚铁锂的化学方程式：_____________。

(4)工业上，将 Li2CO3粗品制备成高纯 Li2CO3 的部分工艺如下：

①将粗产品Li2CO3溶于盐酸作电解槽的阳极液，LiOH溶液作阴极液，两者用离子选择半透膜隔开，用惰性电极电解，阳极的电极反应式是____________。

②电解后向产品LiOH 溶液中加入过量 NH4 HCO3并加热，过滤、烘干得高纯 Li2CO3。 请写出生成Li2CO3的化学方程式：___________。

Answer 1

【答案】2LiFePO4 2CO↑ 7H2O↑ 23.7 Li2CO3的溶解度随温度升高而减小，热水洗涤可减少Li2CO3 的损失 Mg(OH)2、CaCO3 2FePO4+Li2CO3+2C2LiFePO4+3CO↑ 2Cl--2e-=Cl2↑ 2LiOH+NH4HCO3Li2CO3 ↓+2H2O+NH3 ↑

【解析】

[方法一]（1）根据原子守恒分析；

（2）C2O42－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，根据电子与LiFePO4的关系计算；

[方法二]2LiAl（SiO3）2+H2SO4（浓）=Li2SO4+Al2O3·4SiO2·H2O↓，冷却加水过滤得到滤液I和滤渣I，滤渣中含有Al2O3·4SiO2·H2O↓，滤液中含有Li2SO4、MgSO4、CaSO4，向滤液中加入NaOH、Na2CO3，镁离子和NaOH反应生成氢氧化镁沉淀，钙离子和碳酸钠反应生成碳酸钙沉淀，所以滤渣II为Mg(OH)2、CaCO3，滤液中含有硫酸锂，向滤液中加入饱和碳酸钠得到碳酸锂沉淀，铁和磷酸反应生成磷酸铁，磷酸铁和碳酸锂在高温下反应生成LiFePO4；

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

（2）C2O42－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；

[方法二]（1）向滤液II中加入饱和Na2CO3溶液，过滤后 ，用“热水洗涤”的原因是Li2CO3的溶解度随温度升高而减小，热水洗涤可减少Li2CO3 的损失。

故答案为：Li2CO3的溶解度随温度升高而减小，热水洗涤可减少Li2CO3 的损失；

（2）向滤液中加入NaOH、Na2CO3，镁离子和NaOH反应生成氢氧化镁沉淀，钙离子和碳酸钠反应生成碳酸钙沉淀，所以滤渣II为Mg(OH)2、CaCO3。故答案为：Mg(OH)2、CaCO3；

（3）在高温下FePO4被碳还原生成磷酸亚铁锂的化学方程式：2FePO4+Li2CO3+2C2LiFePO4+3CO↑ 。 故答案为：2FePO4+Li2CO3+2C2LiFePO4+3CO↑ ；

（4）工业上，将 Li2CO3粗品制备成高纯 Li2CO3 的部分工艺如下：

①将粗产品Li2CO3溶于盐酸作电解槽的阳极液，LiOH溶液作阴极液，两者用离子选择半透膜隔开，用惰性电极电解，阳极氯离子失电子被氧化，电极反应式是2Cl--2e-=Cl2↑ 。故答案为：2Cl--2e-=Cl2↑ ；

②电解后向产品LiOH 溶液中加入过量 NH4 HCO3并加热，过滤、烘干得高纯 Li2CO3。 生成Li2CO3的化学方程式：2LiOH+NH4HCO3Li2CO3 ↓+2H2O+NH3 ↑。故答案为：2LiOH+NH4HCO3Li2CO3 ↓+2H2O+NH3 ↑。