Question

【題目】2019年諾貝爾化學獎授予鋰離子電池領域。LiFePO4(磷酸亞鐵鋰) 是鋰離子電池的一種電極材料，可通過下列方法制備：

方法一：2FePO4(s)+Li2 CO3(s)+2C(s)2LiFePO4(s)+3CO(g)

(1)該反應的平衡常數表達式為_____。若在容積不變的容器中，上述反應達到平衡時，一氧化碳的濃度為amolL﹣1，再充入bmol一氧化碳，則平衡向_____方向移動，達到新平衡時，一氧化碳的濃度為_____。

(2)一定溫度下，在2L密閉容器中發(fā)生上述反應。反應進行到20min時，容器內固體的質量減少了5.6g，則0～20min內一氧化碳的平均反應速率是_____。

方法二：LiFePO4可以通過(NH4)2Fe(SO4)2、H3PO4與Li OH溶液發(fā)生共沉淀反應，所得沉淀經80℃真空干燥、高溫成型而制得。

(3)氫氧化鈉堿性比氫氧化鋰堿性強，請用元素周期律知識說明理由_____。

(4)共沉淀反應投料時，不將(NH4)2Fe(SO4)2和LiOH溶液直接混合，其原因是_____。

(5)磷酸亞鐵鋰電池總反應為：FePO4+Li LiFePO4，放電時，負極為_____(填寫化學式)。若用該電池電解飽和食鹽水(電解池電極均為惰性電極)，當電解池兩極共有4480mL氣體(標準狀況)產生時，該電池消耗鋰的質量為_____。

Answer 1

【答案】K＝c3(CO) 逆 amolL﹣1 0.005mol/(Lmin) 同一主族，從上到下，元素最高價氧化物對應的水化物堿性逐漸增強 防止形成更易被氧化的氫氧化亞鐵(或亞鐵離子在堿性條件下更易被氧化) Li 1.4g

【解析】

(1)方程式中只有CO為氣體，平衡常數為CO濃度的三次方；CO濃度增大，平衡逆向移動，因為平衡常數僅僅是溫度的函數，溫度不變，平衡常數不變，故達到平衡時，CO濃度不變；

(2)反應進行到20min時，容器內固體的質量減少了5.6g，說明生成5.6gCO，可計算CO的物質的量濃度，進而計算反應速率；

(3)元素的金屬性越強，對應的最高價氧化物的水化物的堿性越強；

(4)(NH4)2Fe(SO4)2和LiOH溶液直接混合，易生成氫氧化亞鐵，氫氧化亞鐵不穩(wěn)定；

(5)電池放電時原電池原理，Li失電子發(fā)生氧化反應做原電池負極，FePO4在正極得到電子發(fā)生還原反應生成LiFePO4；結合根據電解飽和食鹽水方程式進行計算電子轉移，依據電子守恒和電極反應計算消耗鋰的質量。

(1)方程式中只有CO為氣體，則K＝c3(CO)；CO濃度增大，平衡逆向移動，但由于溫度不變，則平衡常數不變，故達到平衡時，CO濃度不變，仍為amolL﹣1，故答案為：K＝c3(CO)；逆；amolL﹣1；

(2)反應進行到20min時，容器內固體的質量減少了5.6g，說明生成了5.6gCO，則c(CO)0.1mol/L，0.005mol/(Lmin)，故答案為：0.005mol/(Lmin)；

(3)Li在周期表中位于同一主族的元素Na的上方，而從上到下，元素的金屬性增強，元素的金屬性越強，對應的最高價氧化物的水化物的堿性就越強，則氫氧化鈉堿性比氫氧化鋰堿性強，故答案為：同一主族，從上到下，元素最高價氧化物對應的水化物堿性逐漸增強；

(4)(NH4)2Fe(SO4)2和LiOH溶液直接混合，易生成氫氧化亞鐵，氫氧化亞鐵不穩(wěn)定，易被氧化而生成氫氧化鐵，故答案為：防止形成更易被氧化的氫氧化亞鐵(或亞鐵離子在堿性條件下更易被氧化)；

(5)電池放電時，Li失電子發(fā)生氧化反應，故其為原電池負極。若用該電池電解飽和食鹽水(電解池電極均為惰性電極) ，當電解池兩極共有4480mL氣體(標準狀況)產生時，氣體物質的量為0.2mol，生成氫氣和氯氣物質的量各0.1mol，則根據關系式 可知，消耗鋰的質量為0.2mol×7g/mol＝1.4g，故答案為：Li；1.4g。