Question

LiFePO₄用于锂离子二次电池的电极材料，可由LiI和FePO₄制备。

（1）FePO₄难溶于水，制备方法如下：

Ⅰ.用稍过量的稀H₂SO₄溶解废铁屑，加热，搅拌，过滤；

Ⅱ.向滤液中加入一定量的H₂O₂；

Ⅲ.向含Fe³⁺的溶液加入Na₂HPO₄溶液，过滤后经进一步处理得FePO₄。

①Ⅰ中反应进行完全的现象是__________________________________。

②用离子方程式说明H₂O₂的作用是_______________________________。

③Na₂HPO₄溶液显碱性的原因是_________________________。

（2）制备LiFePO₄：将FePO₄与LiI混合，在惰性气氛中加热，制得LiFePO₄ 。

    化合物LiI中碘离子的作用是___________。

（3）锂离子二次电池的负极材料为金属锂和石墨的复合材料（石墨作为金属锂的载体），电池反应为： FePO₄(s) +Li(s)   LiFePO₄(s) ，装置如下：

  

①该电池不能用电解质水溶液，原因是___________。

②放电时，b极的电极反应式是____________。

Answer

不再产生气泡 2Fe2+ + 2H+ + H2O2 = 2Fe3+ + 2H2O 由于HPO42-可以电离：HPO42- PO43- + H+ ，又可以水【解析】
HPO42- +H2O H2PO4- + OH-，且水解程度大于电离程度，所以溶液溶解显碱性。 作还原剂 金属Li可与水发生反应（或2Li + 2H2O ＝2LiOH + H2↑） FePO4 +Li+ +e- =LiFePO4

【解析】(1)用稍过量的稀H2SO4溶解废铁屑，滤液中主要溶质为FeCl2，向滤液中加入过氧化氢将亚铁离子氧化成Fe3+，向含Fe3+的溶液加入Na2HPO4溶液，过滤后经进一步处理得FePO4。

①稀H2SO4溶解废铁屑时，有氢气产生，当反应完全时，则不再产生气泡，故答案为：不再产生气泡；

②向滤液中加入过氧化氢将亚铁离子氧化成Fe3+，过氧化氢被还原为水，离子方程式为：2Fe2++2H++H2O2=2Fe3++2H2O，故答案为：2Fe2++2H++H2O2=2Fe3++2H2O；

③Na2HPO4溶液显碱性的原因是由于HPO42-可以电离：HPO42-PO43-+H+，又可以水【解析】
HPO42-+H2OH2PO4-+OH-，且水解程度大于电离程度，所以溶液溶解显碱性，故答案为：由于HPO42-可以电离：HPO42-PO43-+H+，又可以水【解析】
HPO42-+H2OH2PO4-+OH-，且水解程度大于电离程度，所以溶液溶解显碱性；

(2)将FePO4与LiI混合，在惰性气氛中加热，制得LiFePO4，铁元素的化合价从+3价降到+2价，得到电子，说明化合物LiI中碘离子失去电子作还原剂，故答案为：还原剂；

(3)①金属Li可与水发生反应(或2Li+2H2O=2LiOH+H2↑)，故应为非水材料，故答案为：金属Li可与水发生反应(或2Li+2H2O=2LiOH+H2↑)；

②根据锂离子电池的电池反应式为：FePO4(s)+Li(s)LiFePO4(s)，可知，放电时，Li的化合价升高，被氧化，a为原电池的负极，负极的电极反应式：Li-e-=Li+； b为正极，正极上发生还原反应，电极反应式为FePO4 +Li+ +e- =LiFePO4，故答案为：FePO4 +Li+ +e- =LiFePO4。

点睛：本题考查物质制备，原电池、电解池原理的分析判断，主要是过程分析判断，化学方程式和离子方程式的书写应用，从化合价变化的角度分析，注意把握Li的化学性质，掌握物质性质是解题关键。