Question

【题目】磷酸铁锂电池是新型的绿色能源电池，其简化的生产工艺流程如下。

(1)反应釜中反应的化学方程式为_______，该反应体现出非金属性关系：P_____C(填“>”或“<”)。

(2)室温下，LiH2PO4溶液的pH随c(H2PO4-)的变化如图1所示，H3PO4溶液中H2PO4-的分布分数随pH的变化如图2所示[ (含P元素的粒子)]。

①由图1知，低浓度时LiH2PO4溶液的pH小于7，且随着c初始(H2PO4-)的增大而减小，其合理的解释为__________________。

②综合上图分析，若用浓度大于1mol/L的H3PO4溶液溶解Li2CO3，要使反应釜中的H3PO4几乎全部转化成LiH2PO4，反应釜中需要控制溶液的pH=________。

(3)磷酸铁锂电池总反应为：LiFePO4+6CLi1-xFePO4+LixC6，电池中的固体电解质可传导Li+。充电时，Li+移向______(填“阳极”或“阴极”)；放电时，正极反应式为__________________。

(4)磷酸铁锂电池中铁的含量可通过如下方法测定：称取1.60g试样用盐酸溶解，在溶液中加入稍过量的SnCl2溶液，再加入HgCl2饱和溶液，用二苯胺磺酸钠作指示剂，用0.030mol/L重铬酸钾溶液滴定至溶液由浅绿色变为蓝紫色，消耗重铬酸钾溶液50.00mL。

已知：2Fe3++Sn2++6Cl-=SnCl62-+2Fe2+

4Cl-+Sn2++2HgCl2=SnCl62-+Hg2Cl2

6Fe2++Cr2O72-+14H+=6Fe3++2Cr3++7H2O

①实验中加入HgCl2饱和溶液的目的是____________。

②铁的百分含量Fe(％)=_________________________。

Answer 1

【答案】2H3PO4+Li2CO3=2LiH2PO4+H2O+CO2↑ > H2PO4-在溶液中既存在电离平衡，也存在水解平衡。电离作用产生H+使溶液显酸性，水解产生OH-使溶液显碱性，由于H2PO4-电离程度大于水解程度，所以溶液显酸性，故pH<7；若在开始时溶液c(H2PO4-)大，单位体积内H2PO4-电离产生的H+的数目越多，c(H+)就越大，溶液的pH就越小 4.66 阴极 Li1-xFePO4+xLi++xe-=LiFePO4 将溶液中过量的Sn2+转化为稳定的络离子SnCl62-，防止干扰Fe2+的测定 31.5%

【解析】

(1)由于酸性：H3PO4>H2CO3，所以在反应釜中发生复分解反应：2H3PO4+Li2CO3=2LiH2PO4+H2O+CO2↑；元素的非金属性越强，其最高价氧化物对应的水化物的酸性就越强，由于酸性：H3PO4>H2CO3，所以元素的非金属性P>C；

(2)①LiH2PO4在溶液中存在电离平衡H2PO4-H++HPO42-，也存在水解平衡H2PO4-+H2OOH-+H3PO4，电离使溶液显酸性，水解使溶液显碱性，由于H2PO4-电离程度大于水解程度，所以溶液显酸性，pH<7；开始时c(H2PO4-)越大，单位体积内电离的H2PO4-的数目越多，则电离产生的H+的浓度越大，所以溶液的pH越小；

②浓度大于1mol/L的H3PO4溶液溶解Li2CO3，当pH达到4.66时，根据图2知=0.994，根据图1知c初始(H2PO4-)接近1mol/L，则H3PO4几乎全部转化为LiH2PO4。故要使H3PO4几乎全部转化成LiH2PO4，溶液的pH控制在pH=4.66；

(3)充电时，阳离子Li+移向阴极；放电时，正极发生还原反应，正极反应式为Li1-xFePO4+xLi++xe-=LiFePO4；

(4) ①实验中加入HgCl2饱和溶液，可以发生反应：4Cl-+Sn2++2HgCl2=SnCl62-+Hg2Cl2，这样就可以使溶液中过量的Sn2+转化为稳定的络离子SnCl62-，从而防止用重铬酸钾溶液滴定溶液中Fe2+时干扰实验结果的测定，造成实验误差；

②根据6Fe2++Cr2O72-+14H+=6Fe3++2Cr3++7H2O可知n(Fe2+)=6n(Cr2O72-)=6×0.030mol/L×0.0500mL=9×10-3mol，m(Fe)=nM=9×10-3mol×56g/mol=0.504g，所以铁的百分含量= 。