Question

磷酸亚铁锂LiFePO₄是一种新型汽车锂离子电池的电极材料。某化工厂以铁红、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。其主要工艺流程如下：

已知：2LiAl（SiO₃）₂ + H₂SO₄(浓)  Li₂SO₄ + Al₂O₃·4SiO₂·H₂O↓

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	30.7

（1）从滤渣Ⅰ中可分离出Al₂O₃，如下图所示。请写出生成沉淀的离子方程式          。

（2）滤渣Ⅱ的主要成分是：             （填化学式）。

（3）向滤液Ⅱ中加入饱和Na₂CO₃溶液，过滤后，用“热水洗涤”的原因是             

                                                                  。

（4）写出在高温下生成磷酸亚铁锂的化学方程式                         。

（5）磷酸亚铁锂电池总反应为：FePO₄+LiLiFePO₄，电池中的固体电解质可传导Li^＋。试写出该电池放电时的正极反应：                             。若用该电池电解饱和食盐水（电解池电极均为惰性电极），当电解池两极共有4480mL气体（标准状况）产生时，该电池消耗锂的质量为                  。

Answer

（1）Al3++3NH3·H2O＝Al(OH)3↓+3NH4+    （2分）

（2）Mg(OH)2、CaCO3（共4分，对一个得2分，答错不得分，但不倒扣分）

（3）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分）

（4）2FePO4+ Li2CO3+2C  2LiFePO4+3CO↑（2分）

（5）FePO4+Li++e-=LiFePO4 （2分）；1.4g（2分）

【解析】

试题分析：（1）由已知化学方程式可知，滤渣Ⅰ的主要成分是Al2O3·4SiO2·H2O，要通过灼烧沉淀生成氧化铝，故沉淀为氢氧化铝，则必须加入过量的弱碱，如氨水；（2）锂辉石LiAl（SiO3）2（含少量Ca2+、Mg2+的盐），故用氢氧化钠先中和过量的浓硫酸，再调高pH值，使镁离子变成氢氧化镁沉淀析出，钙离子则通过加入碳酸钠，生成碳酸钙沉淀析出，故滤渣Ⅱ的主要成分是Mg(OH)2、CaCO3；（3）由表中数据可知，Li2CO3的溶解度随温度升高而减小，故通过热水洗涤可减少碳酸锂的损失；（4）因加入过量碳粉，故碳粉必定不能完全反应，因此生成一氧化碳，而非二氧化碳，根据得失电子守恒进行配平；（5）电池放电时，正极发生还原反应，电极反应式为FePO4+Li++e-=LiFePO4；当电解饱和食盐水时，阳极为氯离子在放电，产生氯气，阴极为氢离子在放电，产生氢气，当两极共有4480mL气体产生，即0.1mol氯气和0.1mol氢气，转移0.2mol电子，相当于消耗0.2mol的锂，质量为1.4g。

考点：化学与化工生产