Question

锂的化合物用途广泛。Li₃N是非常有前途的储氢材料；LiFePO₄、Li₂FeSiO₄等可以作为电池的正级材料。回答下列问题：
（1）将锂在纯氮气中燃烧可制得Li₃N，其反应的化学方程为                      。
（2）氮化锂在氢气中加热时可得到氨基锂（LiNH₂），其反应的化学方程式为：Li₃N+2H₂LiNH₂+2LiH，氧化产物为          （填化学式）。在270℃时，该反应可逆向发生放出H₂，因而氮化锂可作为储氢材料，储存氢气最多可达Li₃N质量的      %（精确到0.1）。
（3）将Li₂CO₃、FeC₂O₄·2H₂O和SiO₂粉末均匀混合，在800℃的氩气中烧结6小时制得Li₂FeSiO₄，写出反应的化学方程式                                          ，制备Li₂FeSiO₄的过程必须在惰性气体氛围中进行，其原因是                   。
（4）将一定浓度磷酸二氢铵、氯化锂混合溶液作为电解液，以铁棒为阳极，石墨为阴极，电解析出LiFePO₄沉淀，阳极的电极反应式为                                。
（5）磷酸亚铁锂电池充放电过程中，发生LiFePO₄与LiFePO₄之间的转化，电池放电时负极发生的反应为LiC₆－e^—Li⁺+6C，写出电池放电时反应的化学方程式                      。

Answer 1

（1）6Li＋N₂2Li₃N  (2分)
（2）LiNH₂ (2分)  11.4 (2分)
（3）Li₂CO₃＋FeC₂O₄·2H₂O＋SiO₂Li₂FeSiO₄＋CO↑＋2CO₂↑＋2H₂O(2分)
防止二价铁被氧化(2分)
（4）Fe＋H₂PO₄^－＋Li^＋－2e^－LiFePO₄＋2H^＋(或Fe－2e^－Fe^2＋)(2分)
（5）Li_1-xFePO₄＋Li_xC₆LiFePO₄＋6C(2分)

解析试题分析：（1）氮分子的结构很稳定，破坏分子中氮原子之间共价键需要很大的能量，所以，在通常情况下，氮气的化学性质很不活泼，很难跟其他物质发生化学反应。但在高温或放电条件下，当氮分子获得了足够的能量时，它还是能跟氢气、氧气、金属等物质发生化学反应。在高温时，氮气能跟钾、钠、镁、钙、锶、钡等金属化合。所以6Li＋N₂2Li₃N。
（2）根据反应Li₃N+2H₂LiNH₂+2LiH可判断：Li₂NH中N的化合价为-3价，H为+1价，LiNH₂中N的化合价为-3价，H为+1价，LiH中H的化合价为-1价，反应中H₂既是氧化剂又是还原剂，氧化产物为LiNH₂，还原产物为LiH；1mol Li₃N可与2mol H₂反应，因此储存氢气的质量比为(7×3+14)：4；相当于Li₃N质量的4/35=11.4%。
（3）草酸亚铁晶体FeC₂O₄·2H₂O可以联想草酸的性质，H₂C₂O₄═H₂O+CO↑+CO₂↑，可推测FeC₂O₄在密闭容器中高温分解生成氧化亚铁、一氧化碳和二氧化碳，根据原子守恒配平即可。得到Li₂CO₃＋FeC₂O₄·2H₂O＋SiO₂Li₂FeSiO₄＋CO↑＋2CO₂↑＋2H₂O。制备Li₂FeSiO₄的过程必须在惰性气体氛围中进行，肯定是排除氧气，防止氧化，这个里面只有二价铁有还原星，所以其原因是防止二价铁被氧化。
（4）将一定浓度的磷酸二氢铵、氯化锂混合溶液作为电解液，以铁棒为阳极，石墨为阴极，铁做阳极，先失去电子，Fe－2e^－Fe^2＋，再根据电解析出磷酸亚铁锂沉淀．二价铁再结合H^＋与H₂PO₄^－生成磷酸亚铁锂，所以电极反应式为Fe+H₂PO₄^－+Li^＋-2e^－=LiFePO₄+2H^＋(或Fe－2e^－Fe^2＋)。
（5）磷酸亚铁锂电池充放电过程中，发生LiFePO₄与LiFePO₄之间的转化，正极LiFePO₄＋Li⁺＋e^－LiFePO₄，电池放电时负极发生的反应为LiC₆－e^—Li⁺+6C，正极加上负极就得到电池放电时反应的化学方程式Li_1-xFePO₄＋Li_xC₆LiFePO₄＋6C。
考点：考查电化学等综合知识。