热点素材 新能源汽车-2025年高考化学【热点·重点·难点】专练

热点素材05 新能源汽车 2024年，中国汽车产业风云激荡。新能源汽车作为强势崛起的一股新势力，正在持续迈入新的发展阶段，对行业内外产生着深远影响。在此前举行的2024企业家博鳌论坛上，众多业内人士紧扣中国汽车产业进入新发展阶段的时代脉搏，凝聚企业家智慧，共同探索在智能化转型关键时期，创新科技与市场营销的最新趋势，寻求创新路径，引领创新潮流。 汽车是国民经济的重要支柱产业，是衡量一个国家工业化水平、综合经济实力和科技创新能力的重要指标，发展新能源汽车是我国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路。十年来，中国汽车产业牢牢把握电动化、智能化、网联化转型的历史机遇，着力创新发展实现了换道超车，使新能源汽车成为举世瞩目的中国“新三样”之一。去年，中国汽车产业迈上年销3000万辆的新台阶，今年实现了新能源汽车年产量首次突破1000万辆，这标志着我国汽车产业迎来了快速发展的新阶段。 动力电池作为新能源汽车产业链中游最关键的零部件，中国在这一领域的发展已经迈入国际领先行列。我国已经建立起全球最全面、规模最大的动力电池产业链，覆盖从材料研发、电池制造、回收利用到设备支持的各个环节。在决定新能源汽车性能和续航能力的关键指标——能量密度方面，我国量产的三元电池单体能量密度已达到全球领先的300瓦时/公斤。以新能源车的核心部件之一动力电池为例，长安汽车打造领先电池系统“金钟罩”，应用新一代高能量密度磷酸铁锂电池，在隔热性能、低温充电性能、快充性能各方面实现大幅提升，实现电量30%到80%补能时间小于10分钟。最终带给用户“长寿命”“真安全”“超高效”“快补能”的全新体验。 新能源汽车在市场上普及，销量不断增长，电池报废量也不小。《中国新能源电池回收利用产业发展报告（2024）》显示，预计到2025年，报废新能源汽车的动力电池接近80万吨。在上海老港工业园区，国内首条自主研发的智能化新能源汽车拆解线上，拆卸下来的动力电池通过绿色低碳技术提取出镍、钴、锰、锂等再生材料，重新制备成动力电池的正极材料，实现了“从哪里来到哪里去”。 “绿色转型”内有乾坤，是实现高质量发展的关键环节。集中精力“练内功”，办好自己的事情，我国经济将持续展现新活力。 (建议用时：40分钟) 考向01动力电池的研发 1．(2024·广东省东莞市高三教学质量检查)磷酸铁锂超充电池开启新能源汽车超充时代。下列说法正确的是( ) A．Li作原电池正极 B．该电池是一次电池 C．充电时由正极移向负极 D．充电时发生反应：LiFePO4+xe-= Li1-xFePO4+xLi+ 2．(2025·山东省泰安第二中学月考)特斯拉全电动汽车使用的是LiCoO2电池，工作原理如图所示。下列说法错误的是( ) A．放电时电子由电极b通过外电路流向电极a，充电时电极b接电源负极 B．放电时，总反应为LiCoO2+Cy= LixCy+ Li1-xCoO2 C．充电时，阳极电极反应式为LiCoO2-xe-=Li1-xCoO2+xLi+ D．当电路中通过0.4mol电子时，有2.8g Li+迁移 3．(2024·河南省信阳高级中学月考)LiFePO4电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点，可用于电动汽车.某新能源汽车的电池负极材料是石墨，正极材料LiFePO4.正极材料充放电过程中晶胞结构变化如图所示.其中O围绕Fe和P分别形成正八面体和正四面体，它们通过共顶点、共棱形成空间链结构.下列叙述不正确的是( ) A．(a)→(c)的过程是电池充电过程 B．(b)→(a)的电极反应式为：Li1-xFePO4+xLi++xe-=LiFePO4， C．每个图(a)晶胞中含有LiFePO4的单元数有4个 D．图(b)中n(Fe2＋)：n(Fe3＋)=3：13 4．(2024·河南省信阳高级中学月考)三元电池成为我国电动汽车的新能源，其正极材料可表示为，且x+y +z=1。充电时电池总反应为：LiNixCoyMnzO2+6C(石墨)=Li1-aNixCoyMnzO2＋LiaC6，其电池工作原理如图所示，两极之间有一个允许特定的离子通过的隔膜。下列说法正确的是( ) A．放电时，正极反应式为Li1-aNixCoyMnzO2＋aLi＋＋ae-=LiNixCoyMnzO2 B．充电时，A为阴极，发生氧化反应 C．放电时，B为负极，发生氧化反应 D．允许离子通过的隔膜属于阴离子交换膜 5．(2025·江苏省镇江市三校、泰州市部分学校期中)铅蓄电池是汽车常用的蓄电池，其总反应：。下列说法不正确的是( ) A．放电时，当外电路上有2mol e-通过时，负极质量增加 B．放电时正极反应式PbO2+2e-+4H+=Pb2++2H2O C．充电一段时间生成硫酸的物质的量增加 D．若用铅蓄电池做电源电解饱和食盐水，每消耗，在阴极产生 6．(2025·云南省普洱市月考)磷酸铁锂电池作为新能源汽车和储能领域的关键技术之一，其产量正在快速增长，具有工作电压高、能量密度大、安全性能好等特点。如图是磷酸铁锂电池的工作原理图，下列说法不正确的是( ) A．放电时，磷酸铁锂为电池的正极 B．充电时，磷酸铁锂上的电极反应式为LiFePO4-e-=FePO4+Li+ C．放电时，正极区域的pH减小 D．充电时，锂离子从磷酸铁锂中脱离出来，迁移到石墨层表面 7．(2025·湖南省湖湘教育三新协作体联考)中国全固态锂电池又有新突破，央视新闻报道，中国科学院青岛生物能源与过程研究所在全固态锂电池领域取得新突破，开发出了高能量密度、超长循环寿命的全固态锂电池。全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的 S8材料，电池反应为16Li+xS8=8Li2Sx，(2≤x≤8)。下列说法错误的是( ) A．放电时，电子流向为b极→用电器→a极 B．电池充电时，a极发生的反应为2Li2S2-2e-=Li2S4 +2Li+ C．电池充电时，b极接外接电源的负极，每通过 0.04 mol电子b极增重 0.28 g D．可将固态离子导体替换成水溶液电解质，对锂离子进行传导 8．(2024·山东省青岛市黄岛区等4地期末)电动汽车的迅速发展带来废旧电池回收利用的难题。通过电解可将旧锂电池中的LiMn2O4可获得难溶性的MnO2和可溶性的锂盐，工作原理如图(固体颗粒不能透过玻璃纤维，电解过程中溶液的体积变化忽略不计)。下列说法错误的是( ) A．电极甲为阳极，发生氧化反应 B．电极乙的电极反应式：LiMn2O4+3e-+8H+=Li++2Mn2++4H2O C．电解过程中Mn2+浓度保持不变 D．电解一段时间后溶液中pH保持不变 9．(2025·陕西省宝鸡市金台区宝鸡中学期中)第八届国际钠电池大会2023年9月22日首次在中国举行，钠离子电池比锂离子电池更稳定，造价更低，可实现内快速充电。钠离子电池是利用在电极之间“嵌脱实现充放电(原理如图所示)，工作时总反应为 (M为一种过渡元素)。下列说法正确的是( ) A．放电时，Na+由的X极通过交换膜移向Y极 B．充电时，阳极反应式为 C．单位质量的负极材料，钠离子电池比锂离子电池可以提供更多的电量 D．用铅蓄电池对该钠离子电池充电，铅蓄电池中每消耗0.2mol铅，钠离子电池正极区域质量减少4.6g 10．(2025·湖南省湘东十校高三联考)随着电动汽车市场的快速发展，电池的需求越来越高，钠离子电池具有资源丰富、安全性高、成本低等优势。钠离子电池的工作原理与锂离子电池相似，一种钠离子二次电池的结构示意图如图1所示，该电池的负极材料为NaxCy (嵌钠硬碳)，正极材料为Nax[MnFe（CN）6]，Nax[MnFe（CN）6]在充、放电过程中某时刻的晶胞示意图如图2所示。下列说法正确的是( ) A．钠离子电池的比能量(比能量是指单位质量电池所放出的能量)比锂离子电池高 B．充电时，每转移1mol电子，两个电极的质量变化相差 C．该时刻晶胞所示的Nax[MnFe（CN）6]中，x=2 D．放电时，a极电势高于b极电势，且a极电极反应式为NaxCy-xe-= Cy+xNa+ 考向02 废旧电池的回收与利用 11．(2024·湖南省娄底市高三联考)约翰等化学家在锂电池研发中做出的突出贡献，获得2019年诺贝尔化学奖；锂电池是新能源汽车的动力电池之一，主要以磷酸亚铁锂LiFePO4为原料。以下是在锂电池废料中回收锂和正极金属，流程如下，下列叙述正确的是( ) A．上述流程中可用NaNO3代替Na2CO3 B．废旧电池属于湿垃圾，可通过掩埋土壤中进行处理 C．从“正极片”中可回收的金属元素有Al、Fe、Li D．“沉淀”反应的金属离子为Fe2+ 12．(2024·山西省吕梁市孝义市期末)2019年诺贝尔化学奖授予英国科学家古德纳夫及另外两位科学家，以表彰他们在锂离子电池研究中的杰出贡献。新能源汽车的核心部件是锂离子电池，磷酸亚铁锂(LiFePO4)以其高倍率性、高比能量、高循环特征、高安全性、低成本、环保等优点而逐渐成为“能源新宠”。 【方法一】制备流程如图。 (1)写出“沉铁”过程中的离子方程式： 。 (2)可循环利用的物质是 (写化学式)。 (3)“煅烧”中生成1molLiFePO4的同时产生CO2在标准状况下的体积为 。 【方法二】钛铁矿为铁源，Li2CO3、碳粉等原料来生产磷酸亚铁锂。其主要工艺流程如图： 已知：①滤液的主要成分是：TiOCl42-、Fe2+，还含有少量Fe3+、Mg2+、Ca2+； ②滤渣的成分是TiO2；滤液中c(Fe2+)=0.25mol·L-1，c(Ca2+)=0.0056mol·L-1，c(Mg2+)=0.068mol·L-1； ③残留在溶液中的离子浓度小于1.0×10-5mol·L-1，说明该离子沉淀完全； 几种物质的Ksp 物质 Fe3(PO4)2·8H2O FePO4 Mg3(PO4)2 Ca3(PO4)2 Ksp (单位略) 1.3×10-22 9.9×10-29 1.04×10-24 2.0×10-29 (4)写出生成滤渣的离子方程式： 。 (5)通过计算判断实际工业生产方案中得到FePO4的过程中是否会引入其他杂质 ？ (6)写出在高温下生成磷酸亚铁锂的化学方程式： 。 (7)磷酸亚铁锂锂离子电池工作原理如图所示，写出正极的电极反应式： 。 13．(2024·四川省大数据精准教学联盟高三第二次统一监测)随着我国新能源汽车保有量的快速增长，废旧电池的回收处理问题受到广泛关注。回收处理废旧锂电池获得高纯Cu2O和Li2CO3的工艺流程如下图所示。 已知： ⅰ.酸浸液中的主要离子浓度如下表： 离子 浓度/() 52.6 17.5 15.3 9.8 4.8 4.5 ⅱ.完全除去镍、钴、锰，需控制溶液pH≥10.5。 回答下列问题： (1)“酸浸”时，为提高浸出率，可采取的措施是 (写出两点即可)。酸浸液中c(Li+)= mol/L。 (2)“除铜”时，反应生成Cu2O和SO2的离子方程式为 。该过程需要控制pH为2.5左右，当pH<2.5时除铜率较低的原因是 。 (3)已知：的分布系数随pH变化的变化如下图所示。 ①“除铝”时，加入适量Na2CO3调节溶液的pH为4.7，Al3+几乎完全去除(浓度小于1.0×10-5mol·L-1)，则Ksp[Al(OH)3]== 。 ②若略去“除镍、钴、锰”步骤， (填“能”或“不能”)通过加入Na2CO3调节溶液pH的同时实现除铝、镍、钴、锰，判断的理由是 。 (4)“沉锂”时，发生反应的离子方程式为 。 14．(2024·山西省名校联考)我国在新能源汽车领域世界领先，新能源汽车动力电池的制备和回收利用技术至关重要。回答下列问题： I．磷酸铁锂电池放电时电池反应为，石墨电极的电极反应式为。 (1) LiFePO4在原电池的 (填“正极”或“负极”)生成，该极的电极反应式为 。 (2)将Li2CO3、磷酸铁与足量炭黑混合高温灼烧可制备LiFePO4，同时生成一种有毒的气体。写出反应的化学方程式 。 II．回收含的废旧电池制备的流程如图所示： (3)“浸出”前一般先将含LiFePO4的废料进行粉碎，原因是 。 (4)“浸出”过程中温度不宜高于40℃，原因是 。 (5)“沉锂”时发生反应的离子方程式为 (已知碳酸锂微溶于水)。 (6)欲验证Li2CO3产品中是否含LiCl，应进行的实验操作是 。 考向03 电池材料的开发 15．(2024·安徽省安庆二中适应性模拟考试)大力推广锂电池新能源汽车对实现“碳达峰”“碳中和”具有重要意义。Li4Ti5O12与LiFePO4都是锂离子电池的电极材料，可利用钛铁矿(主要成分为FeTiO3，还有少量MgO、SiO2等杂质)来制备，工艺流程如下： 下列叙述错误的是( ) A．酸浸后，得到滤渣的主要成分是SiO2 B．在滤液②中主要的金属阳离子有Mg2+、Fe2+ C．制备Li4Ti5O12过程中会生成Li2Ti5O15 (Ti为+4价)，则Li2Ti5O15中不含过氧键 D．高温煅烧时发生的反应为2FePO4+Li2CO3+H2C2O42LiFePO4+3CO2↑+H2O 16．(2025·四川省蓬溪中学校第二次质量检测)目前市面上的新能源汽车部分采用的是磷酸铁锂电池，其电极材料以硫铁矿(主要成分FeS2含少量Al2O3、SiO2、和Fe3O4)为原料制备，工业流程如图所示。 已知几种金属离子沉淀的pH如表所示： 金属氢氧化物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Al(OH)3 开始沉淀的pH 2.3 7.5 4.0 完全沉淀的pH 4.1 9.7 5.2 (1)LiFePO4中阴离子的空间构型为 ，滤渣2的主要成分是 (填化学式)与过量的FeS。 (2)加入绿色液态试剂R前需确定溶液中Fe2+的物质的量浓度，可利用酸性高锰酸钾溶液滴定，写出滴定反应的离子方程式 ，若滴定10.00mL滤液消耗0.1000mol/LKMnO4标准液12.00mL，则10L滤液应至少加入4mol/L的R溶液 L。 (3)加入试剂R后确定溶液中是否残留Fe2+的操作方法： 。 (4)为了使Al3+完全沉淀加入FeO调节pH最低为5.2(分析化学认为当溶液中离子浓度小于1×10﹣5mol/L时，该离子完全沉淀)，计算Ksp[Al(OH)3]= (不写单位)。 (5)写出高温煅烧中由FePO4制备LiFePO4的化学反应方程式 。 考向04 化学与汽车行驶安全 17．(2025·辽宁省大连市第二十四中月考)汽车剧烈碰撞时，安全气囊中发生反应：10NaN3+2KNO3=K2O+5Na2O+16N2↑。若氧化产物比还原产物多7个，则下列判断不正确的是( ) A．生成8个N2 B．有1个KNO3被还原 C．转移的电子个数为5个 D．被氧化的原子个数为5个 18．叠氮化钠(NaN3)可作为汽车安全气囊的气体发生剂，当汽车发生碰撞时，会瞬间分解产生气体。实验室模拟尿素法制备水合肼(N2H4·H2O)并利用其进一步反应制取NaN3的流程如下： 已知：①N2H4·H2O易溶于水，具有强还原性，易被氧化成N2； ②一定条件下，碱性NaClO溶液与CO(NH2)2溶液反应生成N2H4·H2O； ③叠氮化钠(NaN3)不溶于乙醚，微溶于乙醇，易溶于水。 回答下列问题： (1) NaN3是 (填“离子”或“共价”)化合物。汽车受到猛烈碰撞时，点火器点火引发NaN3迅速分解并释放大量的热，下列可表示该反应过程中能量变化的是 (填字母)。 (2)吸收塔内发生的反应的离子方程式为 。 (3)写出反应器1中生成水合肼的反应的化学方程式： 。 (4)反应器1中发生反应时要控制NaClO溶液的用量，其主要目的是 ；反应器2中加入无水乙醚的作用是 。 (5)某实验室设计了如图装置制备N2H4。双极膜是阴、阳复合膜，层间的H2O解离成OH-和H+并分别通过阴、阳膜定向移动。 ①双极膜中产生的 (填“”或“”)移向多孔铂电极。 ②石墨电极的电极反应式为 。 19．(2024·陕西省韩城期末统考)新能源汽车所用蓄电池主要为二次锂电池。请回答下列问题： (1)如图所示为水溶液锂离子电池体系。放电时，电池的负极是 (填“a”或“b”)，溶液中从 (填“a向b”或“b向a”)迁移。 (2)钴酸锂电池是目前常见的锂离子二次电池，电池总反应为，用它做电源按如图装置进行电解。通电后，d电极附近先出现白色沉淀(CuCl)。 ①放电时，负极反应式为 。 ②该电池充电时，n极为电源的 极，试写出装置II中d电极附近产生白色沉淀的反应式 。 ③电极a上的现象是 。 ④若装置I为铜上镀银，则装置I中U形管内的溶液为 (填化学式，下同)，电解一段时间后，若铜棒上无气体产生，要使溶液恢复原状态，需加入 。 20．(2024·四川省泸州市高三联考)随着新能源汽车的发展，废旧锂电池需要回收处理。一种对磷酸亚铁锂废电池处理料(主要成分为LiFePO4、FePO4、Al、C等)的回收处理工艺流程如下所示。 已知：常温下，相关金属离子氢氧化物的Ksp与沉淀时的pH，以及部分盐的Ksp如下： 金属离子 开始沉淀的pH 沉淀完全的pH Ksp(氢氧化物) Ksp(盐) Fe3+ 2.24 3.2 3.2×10-38 Ksp(FePO4)=1.3×10-22 Li+ 5.5×10-3 Ksp(Li2CO3)=1.7×10-3 (1)已知OH-+Al(OH)3，K1=6.25×10-2；HCO3-H++，K2=4.7×10-11；“滤液”中的溶质主要是NaAl(OH)4，则步骤①中Al主要反应的离子方程式为 ﹔步骤②曾有学者研究用NaHCO3代替H2SO4，则用NaHCO3溶液反应的平衡常数的数量级为 ，当反应平衡常数大于105时，可视为反应完全，则用NaHCO3代替H2SO4的反应是否完全？ 。 (2)步骤③硫酸溶液足量，“滤渣2”的成分是 ，实际反应中H2O2用量超过理论值，原因是 ；试写出Fe2+与H2O2按物质的量1∶1反应的总离子反应方程式： 。 (3)若步骤④处加入NaOH溶液和NH3·H2O溶液后Li+浓度为0.55mol/L，则此处所调pH的范围为 。滤液4的主要阳离子有 (填离子符号)。 (4)步骤⑤主要是回收利用 元素。 21．(2024·四川省成都市龙泉驿区高三联考)当今，电动汽车因对环境污染少，很受大众欢迎。市售电动汽车已约达汽车销量的。不同品牌电动汽车所用电池有不同类型，如铅酸电池、镍镉电池和镍氢电池、锂电池、磷酸铁锂电池、燃料电池等。其中磷酸亚铁锂(LiFePO4)电池由于其性能高、循环次数多、放电电位稳定，是电动汽车的重要选择之一。回答下列问题： (1) LiFePO4中基态亚铁离子的价电子排布式为 ；阴离子的空间构型是 ，其中心原子的杂化类型为 。 (2)N、P、As是同主族元素，第一电离能均大于同周期相邻元素，其主要原因是 ；NH3极易溶于水，而PH3、AsH3难溶于水，其主要原因是 。 (3)铁能形成多种配合物，如Fe(CO)5等。该配合物中键和键的数目之比为 ；磷元素能形成多种含氧酸，其中H3PO2是一种重要的化工原料。已知：无机含氧酸非羟基氧越多，酸性越强；0个非羟基氧是弱酸，1个非羟基氧是中强酸，2个非羟基氧是强酸。如H3PO4为中强酸，其结构简式为：，H3PO2也是一种中强酸，则H3PO2的结构简式为 ；H3PO2与足量NaOH溶液反应的化学方程式为 。 (4)铁和碳常组成晶体，其中一种晶体的晶胞如图1所示，该晶体中铁、碳的原子个数比为 ，该晶体可以看成是铁晶胞中插入碳原子，不改变晶胞形状与大小，则铁晶体、碳化铁晶体的密度之比为 。铁和镁也可组成晶体，其晶胞如图2所示。若晶胞参数为apm，则铁镁晶体密度= g· cm-3 (列出计算式，阿伏加德罗常数的值为NA)。 22．(2024·广东省广州市第十六中学期中)“刀片电池”通过结构创新，大大提升了磷酸铁锂电池的能量密度。以下是以磷矿石(主要成分Ca5(PO4)3F，还有Fe2O3、C aCO3等杂质)为原料生产白磷(P4)同时制得刀片电池正极材料FePO4的工艺流程： 已知： ①FePO4难溶于水，可溶于pH<2的酸性溶液。 ②在pH大于2.0时开始产生氢氧化物沉淀，pH为4.0时沉淀完全。 回答下列问题： (1)白磷(P4)分子呈正四面体形，难溶于水。白磷是 (填“极性分子”或“非极性分子”)。 (2)“炉渣Ⅰ”主要含有铁单质及铁的磷化物，写出一种分离出铁单质的简单方法 。FeP溶于稀硝酸的离子方程式为 。 (3)“炉渣Ⅱ”的主要成分是一种难溶硅酸盐，其化学式为 。 (4)向“溶液Ⅱ”中通入NH3控制pH在2.0的原因是 。 (5)Goodenough等人因在锂离子电池及钴酸锂、磷酸铁锂等正极材料研究方面的卓越贡献而获得2019年诺贝尔化学奖。LiFePO4的晶胞结构示意图如(a)所示。其中O围绕Fe和P分别形成正八面体和正四面体，它们通过共顶点、共棱形成空间链结构。每个晶胞中含有LiFePO4的单元数有 个。 电池充电时，LiFePO4脱出部分Li+，形成Li1-xFePO4，结构示意图如(b)所示，则x= 。Li1-xFePO4中铁元素有＋2和＋3价。Fe2+价层电子排布式为 。 15 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$ 热点素材05 新能源汽车 2024年，中国汽车产业风云激荡。新能源汽车作为强势崛起的一股新势力，正在持续迈入新的发展阶段，对行业内外产生着深远影响。在此前举行的2024企业家博鳌论坛上，众多业内人士紧扣中国汽车产业进入新发展阶段的时代脉搏，凝聚企业家智慧，共同探索在智能化转型关键时期，创新科技与市场营销的最新趋势，寻求创新路径，引领创新潮流。 汽车是国民经济的重要支柱产业，是衡量一个国家工业化水平、综合经济实力和科技创新能力的重要指标，发展新能源汽车是我国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路。十年来，中国汽车产业牢牢把握电动化、智能化、网联化转型的历史机遇，着力创新发展实现了换道超车，使新能源汽车成为举世瞩目的中国“新三样”之一。去年，中国汽车产业迈上年销3000万辆的新台阶，今年实现了新能源汽车年产量首次突破1000万辆，这标志着我国汽车产业迎来了快速发展的新阶段。 动力电池作为新能源汽车产业链中游最关键的零部件，中国在这一领域的发展已经迈入国际领先行列。我国已经建立起全球最全面、规模最大的动力电池产业链，覆盖从材料研发、电池制造、回收利用到设备支持的各个环节。在决定新能源汽车性能和续航能力的关键指标——能量密度方面，我国量产的三元电池单体能量密度已达到全球领先的300瓦时/公斤。以新能源车的核心部件之一动力电池为例，长安汽车打造领先电池系统“金钟罩”，应用新一代高能量密度磷酸铁锂电池，在隔热性能、低温充电性能、快充性能各方面实现大幅提升，实现电量30%到80%补能时间小于10分钟。最终带给用户“长寿命”“真安全”“超高效”“快补能”的全新体验。 新能源汽车在市场上普及，销量不断增长，电池报废量也不小。《中国新能源电池回收利用产业发展报告（2024）》显示，预计到2025年，报废新能源汽车的动力电池接近80万吨。在上海老港工业园区，国内首条自主研发的智能化新能源汽车拆解线上，拆卸下来的动力电池通过绿色低碳技术提取出镍、钴、锰、锂等再生材料，重新制备成动力电池的正极材料，实现了“从哪里来到哪里去”。 “绿色转型”内有乾坤，是实现高质量发展的关键环节。集中精力“练内功”，办好自己的事情，我国经济将持续展现新活力。 (建议用时：40分钟) 考向01动力电池的研发 1．(2024·广东省东莞市高三教学质量检查)磷酸铁锂超充电池开启新能源汽车超充时代。下列说法正确的是( ) A．Li作原电池正极 B．该电池是一次电池 C．充电时由正极移向负极 D．充电时发生反应：LiFePO4+xe-= Li1-xFePO4+xLi+ 【答案】C 【解析】磷酸铁锂超充电池中，Li作原电池负极，Li1-xFeO4为正极，反应式为Li1-xFePO4+xLi++xe-=LiFePO4，充电时，阴极、阳极反应式与负极、正极反应式正好相反。A项，放电时，磷酸铁锂超充电池中，Li作原电池负极，故A错误；B项，可充电电池是二次电池，故B错误；C项，充电过程中为电解池，Li+由阳极区移向阴极区，即Li+由正极移向负极，故C正确；D项，充电时阳极与电源正极相连发生氧化反应，电极反应为：LiFePO4-xe-=xLi++Li1-xFePO4，故D错误；故选C。 2．(2025·山东省泰安第二中学月考)特斯拉全电动汽车使用的是LiCoO2电池，工作原理如图所示。下列说法错误的是( ) A．放电时电子由电极b通过外电路流向电极a，充电时电极b接电源负极 B．放电时，总反应为LiCoO2+Cy= LixCy+ Li1-xCoO2 C．充电时，阳极电极反应式为LiCoO2-xe-=Li1-xCoO2+xLi+ D．当电路中通过0.4mol电子时，有2.8g Li+迁移 【答案】B 【解析】由图中放电中离子流向可知，负极反应为LixCy失去电子发生氧化反应生成离子离子：LixCy-xe-= Cy+xLi+，正极反应Li1-xCoO2得到电子发生还原反应生成LiCoO2：Li1-xCoO2+xLi++xe-=LiCoO2，总反应为：LixCy+ Li1-xCoO2= LiCoO2+Cy；充电时，阴极、阳极反应式与负极、正极反应式正好相反。A项，放电时a为正极、b为负极，电子由电极b通过外电路流向电极a，充电时负极电极b接外解电源负极，A正确；B项，放电总反应为LixCy+ Li1-xCoO2= LiCoO2+Cy，B错误；C项，充电时，阳极失去电子发生氧化反应，结合分析，电极反应式为LiCoO2-xe-=Li1-xCoO2+xLi+，C正确；D项，当电路中通过0.4mol电子时，迁移的Li+质量为0.4mol×7g/mol=2.8g，D正确；故选B。 3．(2024·河南省信阳高级中学月考)LiFePO4电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点，可用于电动汽车.某新能源汽车的电池负极材料是石墨，正极材料LiFePO4.正极材料充放电过程中晶胞结构变化如图所示.其中O围绕Fe和P分别形成正八面体和正四面体，它们通过共顶点、共棱形成空间链结构.下列叙述不正确的是( ) A．(a)→(c)的过程是电池充电过程 B．(b)→(a)的电极反应式为：Li1-xFePO4+xLi++xe-=LiFePO4， C．每个图(a)晶胞中含有LiFePO4的单元数有4个 D．图(b)中n(Fe2＋)：n(Fe3＋)=3：13 【答案】D 【解析】A项，正极材料为LiFePO4，(a)→(c)的过程中得电子，是电池充电过程，故A正确； B项，由图可知，(b)→(a)为Li1-xFePO4得到电子生成LiFePO4，电极反应式为Li1-xFePO4+xLi++xe-=LiFePO4，故B正确；C项，由LiFePO4的晶胞结构可知，晶胞中位于顶点、面心和棱上的锂离子个数为，由化学式可知，晶胞中含有LiFePO4的单元数有4个，故C正确；D项，设Li1−xFePO4中Fe3＋的个数为a，由化合价代数和为0可得，解得a＝，则Fe2＋和Fe3＋的物质的量之比为＝13：3，故D错误，故选D。 4．(2024·河南省信阳高级中学月考)三元电池成为我国电动汽车的新能源，其正极材料可表示为，且x+y +z=1。充电时电池总反应为：LiNixCoyMnzO2+6C(石墨)=Li1-aNixCoyMnzO2＋LiaC6，其电池工作原理如图所示，两极之间有一个允许特定的离子通过的隔膜。下列说法正确的是( ) A．放电时，正极反应式为Li1-aNixCoyMnzO2＋aLi＋＋ae-=LiNixCoyMnzO2 B．充电时，A为阴极，发生氧化反应 C．放电时，B为负极，发生氧化反应 D．允许离子通过的隔膜属于阴离子交换膜 【答案】A 【解析】电解池阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应，A为阴极，B为阳极，原电池正极发生还原反应，负极发生氧化反应，A为负极，B为正极，根据充电时电池总反应为：LiNixCoyMn2O2+6C(石墨)=Li1−aNixCoyMnzO2+LiaC6，其正极材料可表示为LiNixCOyMnzO2，可知放电时负极反应式为LiaC6-ae-=6C(石墨)＋aLi＋，正极反应式为Li1-aNixCoyMnzO2＋aLi＋＋ae-=LiNixCoyMnzO2，X为Li+。A项，可知正极反应式为Li1-aNixCoyMnzO2＋aLi＋＋ae-=LiNixCoyMnzO2，A正确；B项，充电时负极连接阴极，A级为阴极，发生还原反应，B错误；C项，放电时，B为正极，发生还原反应，C错误；D项，根据分析可知离子X为Li＋，通过的隔膜属于阳离子交换膜，D错误；故选A。 5．(2025·江苏省镇江市三校、泰州市部分学校期中)铅蓄电池是汽车常用的蓄电池，其总反应：。下列说法不正确的是( ) A．放电时，当外电路上有2mol e-通过时，负极质量增加 B．放电时正极反应式PbO2+2e-+4H+=Pb2++2H2O C．充电一段时间生成硫酸的物质的量增加 D．若用铅蓄电池做电源电解饱和食盐水，每消耗，在阴极产生 【答案】B 【解析】A项，在铅酸电池中，Pb为负极，失去电子被氧化为PbSO4，电极反应式为：Pb-2e-+SO42-=PbSO4，电极由Pb→PbSO4，负极质量增加；外电路通过2mol电子时，负极板增加的质量为1mol×96g/mol=96g，A正确；B项，放电时，二氧化铅为正极，发生还原反应，电极反应式为：PbO2+2e-+4H++ SO42-=PbSO4+2H2O，B错误；C项，由题目所给的总反应可知，充电一段时间，生成硫酸的量增加，C正确；D项，每消耗1molPb，转移的电子为2mol，电解饱和食盐水中，阴极反应2H2O+2e-=H2↑+2OH-，即阴极产生2molNaOH，D正确；故选B。 6．(2025·云南省普洱市月考)磷酸铁锂电池作为新能源汽车和储能领域的关键技术之一，其产量正在快速增长，具有工作电压高、能量密度大、安全性能好等特点。如图是磷酸铁锂电池的工作原理图，下列说法不正确的是( ) A．放电时，磷酸铁锂为电池的正极 B．充电时，磷酸铁锂上的电极反应式为LiFePO4-e-=FePO4+Li+ C．放电时，正极区域的pH减小 D．充电时，锂离子从磷酸铁锂中脱离出来，迁移到石墨层表面 【答案】C 【解析】由题干图示装置和电子移动方向可知，电池反应式为Li+FePO4LiFePO4，由图可知，左侧铜集流体电极为负极，电极反应式为Li-e-═Li+，右侧铝集流体电极为正极，电极反应式为FePO4+Li++e-═LiFePO4。A项，放电时，磷酸铁锂为电池的正极，A正确；B项，充电时，磷酸铁锂上的电极反应式为LiFePO4-e-=FePO4+Li+，B正确；C项，放电时，正极的电极反应式为FePO4+Li++e-═LiFePO4，且电解质不能是水溶液，即正极区域的pH不变，C错误；D项，充电时，锂离子从磷酸铁锂中脱离出来，迁移到阴极区，达到电子后进入石墨层表面，D正确；故选C。 7．(2025·湖南省湖湘教育三新协作体联考)中国全固态锂电池又有新突破，央视新闻报道，中国科学院青岛生物能源与过程研究所在全固态锂电池领域取得新突破，开发出了高能量密度、超长循环寿命的全固态锂电池。全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的 S8材料，电池反应为16Li+xS8=8Li2Sx，(2≤x≤8)。下列说法错误的是( ) A．放电时，电子流向为b极→用电器→a极 B．电池充电时，a极发生的反应为2Li2S2-2e-=Li2S4 +2Li+ C．电池充电时，b极接外接电源的负极，每通过 0.04 mol电子b极增重 0.28 g D．可将固态离子导体替换成水溶液电解质，对锂离子进行传导 【答案】D 【解析】从锂离子的移动方向可知，电极a为正极，电极b为负极，负极上Li失电子生成锂离子，电极反应为Li-e-=Li+，正极上S8得电子生成Li2Sx，电极反应为xS8+16 Li++16e-=8Li2Sx。A项，放电时，a极为正极，b极为负极；充电时，a极为阳极，b极为阴极。放电时，电子由负极b金属锂流出经外电路流入正极a，故A正确；B项，电池充电时，a是阳极，阳极上发生氧化反应，要失去电子，发生2Li2S2-2e-=Li2S4 +2Li+，故B正确；C项，充电时a为阳极，b是阴极，电池充电时，b极接外接电源的负极做阴极，阴极反应为：Li-e-=Li+，当外电路流过0.04mol电子时，生成的锂为0.04mol，b极增重的质量为，故C正确；D项，金属锂具有强还原性，可与水反应，因此不可替换成水溶液电解质，故D错误；故选：D。 8．(2024·山东省青岛市黄岛区等4地期末)电动汽车的迅速发展带来废旧电池回收利用的难题。通过电解可将旧锂电池中的LiMn2O4可获得难溶性的MnO2和可溶性的锂盐，工作原理如图(固体颗粒不能透过玻璃纤维，电解过程中溶液的体积变化忽略不计)。下列说法错误的是( ) A．电极甲为阳极，发生氧化反应 B．电极乙的电极反应式：LiMn2O4+3e-+8H+=Li++2Mn2++4H2O C．电解过程中Mn2+浓度保持不变 D．电解一段时间后溶液中pH保持不变 【答案】CD 【解析】由图可知，该装置为电解池，电极乙为与直流电源负极相连的阴极，酸性条件下，LiMn2O4在阴极得到电子发生还原反应生成锰离子，电极反应式为2LiMn2O4+6e-+16H+=2Li++4Mn2++8H2O，电极甲为阳极，水分子作用下，锰离子在阳极失去电子发生氧化反应生成二氧化锰和氢离子，电极反应式为2H2O+Mn2+-2e-=MnO2+4H+，则电解的总反应方程式为2LiMn2O4+4H+2Li++Mn2++3MnO2+3H2O。A项，电极甲为阳极，发生氧化反应，A正确；B项，电极乙的电极反应式为2LiMn2O4+6e-+16H+=2Li++4Mn2++8H2O，B正确；C项，电解的总反应方程式为2LiMn2O4+4H+2Li++Mn2++3MnO2+3H2O，反应生成了锰离子，溶液中锰离子浓度增大，C错误；D项，根据电解的总反应方程式为2LiMn2O4+4H+2Li++Mn2++3MnO2+3H2O，反应消耗了氢离子，电解一段时间后溶液中pH增大，D错误；故选CD。 9．(2025·陕西省宝鸡市金台区宝鸡中学期中)第八届国际钠电池大会2023年9月22日首次在中国举行，钠离子电池比锂离子电池更稳定，造价更低，可实现内快速充电。钠离子电池是利用在电极之间“嵌脱实现充放电(原理如图所示)，工作时总反应为 (M为一种过渡元素)。下列说法正确的是( ) A．放电时，Na+由的X极通过交换膜移向Y极 B．充电时，阳极反应式为 C．单位质量的负极材料，钠离子电池比锂离子电池可以提供更多的电量 D．用铅蓄电池对该钠离子电池充电，铅蓄电池中每消耗0.2mol铅，钠离子电池正极区域质量减少4.6g 【答案】B 【解析】放电时M元素化合价降低，故X电极为正极，Y电极为负极；充电时X电极与电源正极相连，为阳极，Y电极与电源负极相连，为阴极。A项，放电时，X为正极、Y为负极，Na+由的Y极通过交换膜移向X极，故A错误；B项，充电时，X为阳极，阳极失电子发生氧化反应，电极反应式为，故B正确；C项，23gNa失去1mol电子，7gLi失去1mol电子，单位质量的负极材料，锂离子电池比钠离子电池可以提供更多的电量，故C错误；D项，用铅蓄电池对该钠离子电池充电，铅蓄电池中每消耗0.2mol铅，电路中转移0.4mol电子，有0.4molNa+由正极移向负极，钠离子电池正极区域质量减少9.2g，故D错误；故选B。 10．(2025·湖南省湘东十校高三联考)随着电动汽车市场的快速发展，电池的需求越来越高，钠离子电池具有资源丰富、安全性高、成本低等优势。钠离子电池的工作原理与锂离子电池相似，一种钠离子二次电池的结构示意图如图1所示，该电池的负极材料为NaxCy (嵌钠硬碳)，正极材料为Nax[MnFe（CN）6]，Nax[MnFe（CN）6]在充、放电过程中某时刻的晶胞示意图如图2所示。下列说法正确的是( ) A．钠离子电池的比能量(比能量是指单位质量电池所放出的能量)比锂离子电池高 B．充电时，每转移1mol电子，两个电极的质量变化相差 C．该时刻晶胞所示的Nax[MnFe（CN）6]中，x=2 D．放电时，a极电势高于b极电势，且a极电极反应式为NaxCy-xe-= Cy+xNa+ 【答案】B 【解析】A项，比能量是指单位质量电池所放出的能量，钠离子电池的能量密度比锂离子电池的低，则钠离子电池的比能量比锂离子电池的低，A错误；B项，充电时，阳极失去电子并释放出Na+，每转移1mol电子，释放1molNa+1，阳极质量减轻23g，阴极得到电子结合Na+变成NaxCy，所以阴极的质量增加23g，B正确；C项，根据该时刻晶胞示意图可知，锰离子数为、Na+的数目为4，所以Nax[MnFe（CN）6]中，x=1，C错误；D项，放电时，a极为负极，b极为正极，a极电势低于b极电势，a极电极反应式为NaxCy-xe-= Cy+xNa+，D错误；故选B。 考向02 废旧电池的回收与利用 11．(2024·湖南省娄底市高三联考)约翰等化学家在锂电池研发中做出的突出贡献，获得2019年诺贝尔化学奖；锂电池是新能源汽车的动力电池之一，主要以磷酸亚铁锂LiFePO4为原料。以下是在锂电池废料中回收锂和正极金属，流程如下，下列叙述正确的是( ) A．上述流程中可用NaNO3代替Na2CO3 B．废旧电池属于湿垃圾，可通过掩埋土壤中进行处理 C．从“正极片”中可回收的金属元素有Al、Fe、Li D．“沉淀”反应的金属离子为Fe2+ 【答案】C 【解析】正极片碱溶时铝转化为偏铝酸钠，滤渣中含有磷酸亚铁锂，加入硫酸和硝酸酸溶，过滤后滤渣是炭黑，得到含Li、P、Fe的滤液，加入碱液生成氢氧化铁沉淀，滤液中加入碳酸钠生成含锂的沉淀。A项，硝酸锂能溶于水，因此上述流程中不能用硝酸钠代替碳酸钠，A错误；B项，废旧电池中含有重金属，随意排放容易污染环境，B错误；C项，根据流程的转化可知从正极片中可回收的金属元素有Al、Fe、Li，C正确；D项，加入碱液生成氢氧化铁沉淀，因此“沉淀”反应的金属离子是Fe3+，D错误；故选C。 12．(2024·山西省吕梁市孝义市期末)2019年诺贝尔化学奖授予英国科学家古德纳夫及另外两位科学家，以表彰他们在锂离子电池研究中的杰出贡献。新能源汽车的核心部件是锂离子电池，磷酸亚铁锂(LiFePO4)以其高倍率性、高比能量、高循环特征、高安全性、低成本、环保等优点而逐渐成为“能源新宠”。 【方法一】制备流程如图。 (1)写出“沉铁”过程中的离子方程式： 。 (2)可循环利用的物质是 (写化学式)。 (3)“煅烧”中生成1molLiFePO4的同时产生CO2在标准状况下的体积为 。 【方法二】钛铁矿为铁源，Li2CO3、碳粉等原料来生产磷酸亚铁锂。其主要工艺流程如图： 已知：①滤液的主要成分是：TiOCl42-、Fe2+，还含有少量Fe3+、Mg2+、Ca2+； ②滤渣的成分是TiO2；滤液中c(Fe2+)=0.25mol·L-1，c(Ca2+)=0.0056mol·L-1，c(Mg2+)=0.068mol·L-1； ③残留在溶液中的离子浓度小于1.0×10-5mol·L-1，说明该离子沉淀完全； 几种物质的Ksp 物质 Fe3(PO4)2·8H2O FePO4 Mg3(PO4)2 Ca3(PO4)2 Ksp (单位略) 1.3×10-22 9.9×10-29 1.04×10-24 2.0×10-29 (4)写出生成滤渣的离子方程式： 。 (5)通过计算判断实际工业生产方案中得到FePO4的过程中是否会引入其他杂质 ？ (6)写出在高温下生成磷酸亚铁锂的化学方程式： 。 (7)磷酸亚铁锂锂离子电池工作原理如图所示，写出正极的电极反应式： 。 【答案】(1) 2Fe2++H2O2+2H3PO3=2FePO4↓+4H++2H2O (2)H2SO4 (3)33.6 (4) TiOCl42-+H2O=2H++ 4Cl-+ TiO2↓ (5) Fe3+沉淀完全时浓度小于1.0×10-5mol·L-1，此时，根据，，可知此条件下并不会产生Mg3(PO4)2和Ca3(PO4)2沉淀 (6) 2FePO4+Li2CO3+2CLiFePO4+3CO↑ (7) Li1-xFePO4+xLi++xe-=LiFePO4 【解析】方法一：由流程可知，铁屑中接入稀硫酸，得到硫酸亚铁，而后加入双氧水、磷酸可得到磷酸铁，料液中含有硫酸可循环使用，磷酸铁中加入碳酸锂和适量草酸进行煅烧，最终产生LiFePO4；方法二：钛铁矿中加入浓盐酸反应，经过过滤后，得到的滤液I中主要包括Fe2+、Mg2+、Ca2+、TiOCl42-，也产生了不与盐酸反应的滤渣，滤液I中尽显加热而后过滤，滤渣Ⅱ的成分是TiO2，可知是TiOCl42-水解产生，滤液Ⅱ加入试剂A，将二价铁转化为得到FePO4沉铁，过滤后，FePO4与Li2CO3和过量碳粉在高温下反应得到LiFePO4。(1)根据题中流程可知，“沉铁”过程中加入双氧水、磷酸可得到磷酸铁，发生反应为：2Fe2++H2O2+2H3PO3=2FePO4↓+4H++2H2O。(2)根据分析可知，可循环利用的物质是H2SO4。(3)“煅烧”时发生的反应为：2FePO4+Li2CO3+H2C2O42LiFePO4↓+3CO2↑+H2O，根据LiFePO4~CO2可知，生成1molLiFePO4的同时产生CO2在标准状况下的体积为。(4)TiOCl42-水解产生TiO2，反应离子方程式为：TiOCl42-+H2O=2H++ 4Cl-+ TiO2↓。(5)根据题中所给数据，Fe3+沉淀完全时浓度小于1.0×10-5mol·L-1，此时，根据，，可知此条件下并不会产生Mg3(PO4)2和Ca3(PO4)2沉淀。(6)FePO4与Li2CO3和过量碳粉在高温下反应得到LiFePO4、CO，反应为：2FePO4+Li2CO3+2CLiFePO4+3CO↑。(7)根据图中装置可知，由于LixC6在负极失电子产生Li+，磷酸铁锂电极则为正极，发生还原反应，Li1-xFePO4在正极得电子产生LiFePO4，电极反应式为：Li1-xFePO4+xLi++xe-=LiFePO4。 13．(2024·四川省大数据精准教学联盟高三第二次统一监测)随着我国新能源汽车保有量的快速增长，废旧电池的回收处理问题受到广泛关注。回收处理废旧锂电池获得高纯Cu2O和Li2CO3的工艺流程如下图所示。 已知： ⅰ.酸浸液中的主要离子浓度如下表： 离子 浓度/() 52.6 17.5 15.3 9.8 4.8 4.5 ⅱ.完全除去镍、钴、锰，需控制溶液pH≥10.5。 回答下列问题： (1)“酸浸”时，为提高浸出率，可采取的措施是 (写出两点即可)。酸浸液中c(Li+)= mol/L。 (2)“除铜”时，反应生成Cu2O和SO2的离子方程式为 。该过程需要控制pH为2.5左右，当pH<2.5时除铜率较低的原因是 。 (3)已知：的分布系数随pH变化的变化如下图所示。 ①“除铝”时，加入适量Na2CO3调节溶液的pH为4.7，Al3+几乎完全去除(浓度小于1.0×10-5mol·L-1)，则Ksp[Al(OH)3]== 。 ②若略去“除镍、钴、锰”步骤， (填“能”或“不能”)通过加入Na2CO3调节溶液pH的同时实现除铝、镍、钴、锰，判断的理由是 。 (4)“沉锂”时，发生反应的离子方程式为 。 【答案】(1) 粉碎废旧电池或搅拌或适当增大硫酸浓度等 1.4 (2) 2Cu2++3SO32-=Cu2O↓+SO42-+2SO2↑ 若pH<2.5时，除铜率低的原因是H+浓度过大，与SO32-发生SO32-+2H+= SO2↑+H2O，造成SO32-浓度降低，使除铜率降低。另外，在酸性条件下，Cu2O可能发生歧化反应Cu2O+2H+=Cu+Cu2++H2O，使除铜率降低 (3)10-32.9 不能 完全除去镍、钴、锰，需控制溶液pH≥10.5，此时Al(OH)3开始溶解，无法完全去除Al元素 (4) 2Li++CO32-=Li2CO3↓ 【解析】废旧锂电池加入硫酸浸取，除去滤渣，滤液加入亚硫酸钠将铜离子还原为氧化亚铜沉淀除去，滤液加入适量碳酸钠调节pH将铝离子转化为氢氧化铝沉淀除去，滤液加入NH3-NH4Cl/( NH4)2S将镍、钴、锰转化为沉淀除去，滤液加入碳酸钠得到碳酸锂沉淀。 (1)为提高浸出率，酸浸时可采取的措施有粉碎废旧电池或搅拌或适当增大硫酸浓度等。Li+浓度为9.8g/L，即；(2)除铜是加入Na2SO3将其转化为Cu2O，显然Na2SO3作还原剂生成SO42-，根据氧化还原反应，二者反应的离子方程为2Cu2++3SO32-=Cu2O↓+SO42-+2SO2↑。若pH<2.5时，除铜率低的原因是H+浓度过大，与SO32-发生SO32-+2H+= SO2↑+H2O，造成SO32-浓度降低，使除铜率降低，另外，在酸性条件下，Cu2O可能发生歧化反应Cu2O+2H+=Cu+Cu2++H2O，使除铜率降低。(3)①pH=4.7时，Al3+几乎完全去除(浓度小于1.0×10-5mol·L-1)，；②不能通过加入碳酸钠调节溶液同时实现“除铝、镍、钴、锰”，因为完全除去镍、钴、锰，需控制溶液pH≥10.5，此时Al(OH)3开始溶解，无法完全去除Al元素。(4)沉锂时，发生反应锂离子和碳酸根离子生成碳酸锂沉淀，离子方程式为2Li++CO32-=Li2CO3↓。 14．(2024·山西省名校联考)我国在新能源汽车领域世界领先，新能源汽车动力电池的制备和回收利用技术至关重要。回答下列问题： I．磷酸铁锂电池放电时电池反应为，石墨电极的电极反应式为。 (1) LiFePO4在原电池的 (填“正极”或“负极”)生成，该极的电极反应式为 。 (2)将Li2CO3、磷酸铁与足量炭黑混合高温灼烧可制备LiFePO4，同时生成一种有毒的气体。写出反应的化学方程式 。 II．回收含的废旧电池制备的流程如图所示： (3)“浸出”前一般先将含LiFePO4的废料进行粉碎，原因是 。 (4)“浸出”过程中温度不宜高于40℃，原因是 。 (5)“沉锂”时发生反应的离子方程式为 (已知碳酸锂微溶于水)。 (6)欲验证Li2CO3产品中是否含LiCl，应进行的实验操作是 。 【答案】(1)正极 Li1−xFePO4+xe−+xLi+=LiFePO4 (2) 2C+Li2CO3+2FePO4= 2LiFePO4+3CO↑ (3)增大接触面积，加快反应速率 (4)减少HCl的挥发、防止H2O2分解 (5) CO32-+2Li+=Li2CO3↓ (6)取少量样品于试管中，先滴加足量稀硝酸溶解，再滴加AgNO3溶液，若最终有白色沉淀生成，则含有AgNO3，反之，则不含AgNO3 【解析】熟悉工艺流程的常规操作、掌握电池正负极判断方法和陌生方程式的书写。根据磷酸铁锂电池放电时电池反应可知，产物C是氧化产物，LiFePO4得到电子，是在电池正极生成。(1)根据磷酸铁锂电池放电时电池反应可知，产物C是氧化产物，LiFePO4得到电子，是在电池正极生成，电极反应式为Li1−xFePO4+xe−+xLi+=LiFePO4；(2)Li2CO3、磷酸铁与足量炭黑混合高温灼烧可制备LiFePO4，同时生成一种有毒的气体，根据元素分析，有毒气体是CO，Fe元素化合价降低，所以方程式为2C+Li2CO3+2FePO4= 2LiFePO4+3CO↑；(3)矿石粉碎的目的是增大接触面积，加快反应速率；(4)因为浸出过程中加入了容易挥发的盐酸以及受热可分解的过氧化氢，所以“浸出”过程中温度不宜高于40℃，故选减少HCl的挥发、防止H2O2分解。(5)“沉锂”时，加入碳酸盐，Li+可以与碳酸根产生沉淀；(6)因为LiCl可以溶于水，产生氯离子，所以应该检验溶液中的Cl-。 考向03 电池材料的开发 15．(2024·安徽省安庆二中适应性模拟考试)大力推广锂电池新能源汽车对实现“碳达峰”“碳中和”具有重要意义。Li4Ti5O12与LiFePO4都是锂离子电池的电极材料，可利用钛铁矿(主要成分为FeTiO3，还有少量MgO、SiO2等杂质)来制备，工艺流程如下： 下列叙述错误的是( ) A．酸浸后，得到滤渣的主要成分是SiO2 B．在滤液②中主要的金属阳离子有Mg2+、Fe2+ C．制备Li4Ti5O12过程中会生成Li2Ti5O15 (Ti为+4价)，则Li2Ti5O15中不含过氧键 D．高温煅烧时发生的反应为2FePO4+Li2CO3+H2C2O42LiFePO4+3CO2↑+H2O 【答案】C 【解析】利用钛铁矿(主要成分为FeTiO3，还有少量MgO、SiO2等杂质)来制备Li4Ti5O12与LiFePO4，由制备流程可知，加盐酸过滤后的滤渣为SiO2，滤液①中含Mg2+、Fe2+、iOCl42-，水解后过滤，沉淀为TiO2∙xH2O，经过一系列反应得到Li4Ti5O12；水解后的滤液②中含Mg2+、Fe2+，双氧水可氧化亚铁离子，在磷酸条件下过滤分离出FePO4，高温煅烧Li2CO3、H2C2O4、FePO4得到LiFePO4。A项，SiO2不和盐酸反应，酸浸后，得到滤渣的主要成分是SiO2，A正确；B项，水解后的滤液②中含Mg2+、Fe2+，B正确；C项，制备Li4Ti5O12过程中会生成Li2Ti5O15(Ti为+4价，Li为+1价)，根据化合物中各元素化合价代数和为0可知15个氧中有7个氧呈现-2价，8个氧呈现-1，因此Li2Ti5O15中含过氧键，C错误； D项，高温煅烧时草酸作还原剂将磷酸铁中三价铁还原成二价的亚铁生成磷酸亚铁锂，发生的反应为2FePO4+Li2CO3+H2C2O42LiFePO4+3CO2↑+H2O，D正确；故选C。 16．(2025·四川省蓬溪中学校第二次质量检测)目前市面上的新能源汽车部分采用的是磷酸铁锂电池，其电极材料以硫铁矿(主要成分FeS2含少量Al2O3、SiO2、和Fe3O4)为原料制备，工业流程如图所示。 已知几种金属离子沉淀的pH如表所示： 金属氢氧化物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Al(OH)3 开始沉淀的pH 2.3 7.5 4.0 完全沉淀的pH 4.1 9.7 5.2 (1)LiFePO4中阴离子的空间构型为 ，滤渣2的主要成分是 (填化学式)与过量的FeS。 (2)加入绿色液态试剂R前需确定溶液中Fe2+的物质的量浓度，可利用酸性高锰酸钾溶液滴定，写出滴定反应的离子方程式 ，若滴定10.00mL滤液消耗0.1000mol/LKMnO4标准液12.00mL，则10L滤液应至少加入4mol/L的R溶液 L。 (3)加入试剂R后确定溶液中是否残留Fe2+的操作方法： 。 (4)为了使Al3+完全沉淀加入FeO调节pH最低为5.2(分析化学认为当溶液中离子浓度小于1×10﹣5mol/L时，该离子完全沉淀)，计算Ksp[Al(OH)3]= (不写单位)。 (5)写出高温煅烧中由FePO4制备LiFePO4的化学反应方程式 。 【答案】(1) 正四面体形 S (2) 5Fe2＋+ MnO4 -+8H＋=5Fe3＋+ Mn2++4H2O 0.75 (3)取少量待测液，滴加几滴酸性高锰酸钾溶液，若溶液褪色则含有亚铁离子，若溶液不褪色则不含有亚铁离子 (4)10-31.4 (5)2FePO4+Li2CO3+H2C2O42LiFePO4+3CO2↑+H2O 【解析】硫铁矿通入空气煅烧生成铝、铁的氧化物和二氧化硫，矿石中二氧化硅不反应；酸浸过程中铝、铁的氧化物和稀硫酸反应转化为相应的盐溶液，二氧化硅不和稀硫酸反应得到滤渣1，滤液加入FeS将铁离子转化为亚铁离子同时生成硫单质，过滤除去硫和过量FeS，滤液加入FeO调节pH值除去铝得到滤渣3，滤液加入过氧化氢氧化，将亚铁离子转化为三价铁离子，再加入(NH4)2HPO4沉铁，得到磷酸铁，最后高温煅烧Li2CO3、H2C2O4、FePO4的混合物生成LiFePO4。(1)LiFePO4中阴离子PO43-的中心原子价层电子对数为，无孤对电子，空间构型为正四面体形，酸浸后溶液中含有铁离子、亚铁离子、铝离子、氢离子，加入FeS，FeS和铁离子发生氧化还原反应生成亚铁离子和硫单质，故滤渣2的主要成分是S与过量的FeS；(2)酸性高锰酸钾溶液和亚铁离子反应生成铁离子和锰离子，反应的离子方程式为5Fe2＋+ MnO4 -+8H＋=5Fe3＋+ Mn2++4H2O；由流程可知，绿色液态试剂R是把亚铁离子转化为铁离子，且不引入新杂质，则R为过氧化氢溶液；根据电子守恒可知：2 MnO4 -~10e-~5H2O2，滴定10.00mL滤液消耗0.1000mol/L标准液12.00mL，则需要H2O2的物质的量为0.1000mol/L×12.00×10-3L=3×10-3mol，则10L滤液需要H2O2的物质的量为3×10-3mol =3mol，需要4mol/L的R溶液=0.75L；(3)亚铁离子具有还原性，确定溶液中是否残留Fe2+的操作方法可以为：取少量待测液，滴加几滴酸性高锰酸钾溶液，若溶液褪色则含有亚铁离子，若溶液不褪色则不含有亚铁离子；(4)使Al3+完全沉淀加入FeO调节pH最低为5.2，则氢氧根离子浓度为，此时c(Al3+)=1×10﹣5mol/L，故Ksp[Al(OH)3]= c(Al3+)∙ c3(OH-)=10-31.4；(5)由流程结合原子守恒可知，高温煅烧Li2CO3、H2C2O4、FePO4的混合物生成LiFePO4、二氧化碳、水，化学反应方程式为2FePO4+Li2CO3+H2C2O42LiFePO4+3CO2↑+H2O。 考向04 化学与汽车行驶安全 17．(2025·辽宁省大连市第二十四中月考)汽车剧烈碰撞时，安全气囊中发生反应：10NaN3+2KNO3=K2O+5Na2O+16N2↑。若氧化产物比还原产物多7个，则下列判断不正确的是( ) A．生成8个N2 B．有1个KNO3被还原 C．转移的电子个数为5个 D．被氧化的原子个数为5个 【答案】D 【解析】该反应中N元素化合价由、+5价变为0价，所以NaN3是还原剂，KNO3是氧化剂，根据原子守恒氧化产物与还原产物的物质的量之比为30:2=15:1，若氧化产物比还原产物多7个，则生成N2为7×=8个，转移电子的个数为7×=5个，被氧化的N原子的个数为7×=15个。A项，生成生成8个N2，故A正确；B项，KNO3中N元素的化合价降低，被还原，且有1个KNO3被还原，故B正确；C项，转移的电子数为5个，故C正确；D项，被还原的N原子的个数为7×=1，故D不正确；故选D。 18．叠氮化钠(NaN3)可作为汽车安全气囊的气体发生剂，当汽车发生碰撞时，会瞬间分解产生气体。实验室模拟尿素法制备水合肼(N2H4·H2O)并利用其进一步反应制取NaN3的流程如下： 已知：①N2H4·H2O易溶于水，具有强还原性，易被氧化成N2； ②一定条件下，碱性NaClO溶液与CO(NH2)2溶液反应生成N2H4·H2O； ③叠氮化钠(NaN3)不溶于乙醚，微溶于乙醇，易溶于水。 回答下列问题： (1) NaN3是 (填“离子”或“共价”)化合物。汽车受到猛烈碰撞时，点火器点火引发NaN3迅速分解并释放大量的热，下列可表示该反应过程中能量变化的是 (填字母)。 (2)吸收塔内发生的反应的离子方程式为 。 (3)写出反应器1中生成水合肼的反应的化学方程式： 。 (4)反应器1中发生反应时要控制NaClO溶液的用量，其主要目的是 ；反应器2中加入无水乙醚的作用是 。 (5)某实验室设计了如图装置制备N2H4。双极膜是阴、阳复合膜，层间的H2O解离成OH-和H+并分别通过阴、阳膜定向移动。 ①双极膜中产生的 (填“”或“”)移向多孔铂电极。 ②石墨电极的电极反应式为 。 【答案】(1)离子 A (2) Cl2+2OH-=Cl－＋ClO－＋H2O (3)NaClO+CO(NH2)2+2NaOHN2H4·H2O+Na2CO3+NaCl (4) 防止过量的NaClO将生成的N2H4·H2O氧化 降低NaN3的溶解度，有利于NaN3结晶的析出 (5)OH- ClO－＋2H2O+2e-= Cl－＋2OH- 【解析】Cl2通入吸收塔中与30%的NaOH溶液反应生成氯化钠和次氯酸钠，硫酸锰作催化剂下，碱性NaClO溶液与尿素溶液在反应器1中发生氧化还原反应生成N2H4·H2O和Na2CO3，分离出的N2H4·H2O在反应器2中生成NaN3，加入无水乙醚降低NaN3溶解度，通过结晶抽滤洗涤重结晶得到纯净的NaN3。(1) NaN3由钠离子和N3-构成、是离子化合物。汽车受到猛烈碰撞时，点火器点火引发NaN3迅速分解并释放大量的热，则生成物的总能量明显低于反应物的总能量，故图A可表示该反应过程中的能量变化；选A。(2)据分析，吸收塔内发生的反应的离子方程式为Cl2+2OH-=Cl－＋ClO－＋H2O。(3)已知②：一定条件下，碱性NaClO溶液与CO(NH2)2溶液反应生成N2H4·H2O；则反应器1中生成水合肼的反应为氧化还原反应，尿素中氮元素从-3价升高到-2价生成N2H4·H2O，次氯酸钠中氯元素从+1价降低到-1价转化为氯化钠，则按得失电子数守恒、电荷守恒、元素质量守恒得：NaClO+CO(NH2)2+2NaOHN2H4·H2O+Na2CO3+NaCl。(4)已知：①N2H4·H2O易溶于水，具有强还原性，易被氧化成N2；则反应器1中发生反应时要控制NaClO溶液的用量的主要目的是：防止过量的NaClO将生成的N2H4·H2O氧化；已知③：叠氮化钠(NaN3)不溶于乙醚，微溶于乙醇，易溶于水，则反应器2中加入无水乙醚的作用是：降低NaN3的溶解度，有利于NaN3结晶的析出。(5)原电池是化学能转化为电能的装置，没有外接电源，且次氯酸钠和尿素在碱性环境下能发生氧化还原反应，则该装置为原电池，氨气在负极失去电子发生氧化反应生成N2H4，则多孔铂电极为负极；正极上次氯酸根得到电子发生还原反应，则石墨电极为正极；内电路中阴离子移向负极、阳离子移向正极；①据分析可知，双极膜中产生的OH-移向多孔铂电极。②石墨电极为正极，在水分子参与下，次氯酸根得到电子转变为氯离子、同时有氢氧根离子生成，电极反应式为：ClO－＋2H2O+2e-= Cl－＋2OH-。 19．(2024·陕西省韩城期末统考)新能源汽车所用蓄电池主要为二次锂电池。请回答下列问题： (1)如图所示为水溶液锂离子电池体系。放电时，电池的负极是 (填“a”或“b”)，溶液中从 (填“a向b”或“b向a”)迁移。 (2)钴酸锂电池是目前常见的锂离子二次电池，电池总反应为，用它做电源按如图装置进行电解。通电后，d电极附近先出现白色沉淀(CuCl)。 ①放电时，负极反应式为 。 ②该电池充电时，n极为电源的 极，试写出装置II中d电极附近产生白色沉淀的反应式 。 ③电极a上的现象是 。 ④若装置I为铜上镀银，则装置I中U形管内的溶液为 (填化学式，下同)，电解一段时间后，若铜棒上无气体产生，要使溶液恢复原状态，需加入 。 【答案】(1) b b向a (2) LixC6—xe﹣=xLi++C6 正极 Cu—e﹣+Cl﹣=CuCl 电极上有无色气泡逸出 AgNO3溶液 Ag2O 【解析】(1)由题给装置图可知，b电极为原电池的负极，a电极为原电池的正极，放电时，溶液中Li＋由负极向正极迁移，即从b向a迁移；(2)由题意可知，与钴酸锂电池的正极n相连的d电极为电解池的阳极，c为阴极，则m为钴酸锂电池的负极、a为电解池的阴极、b为阳极；①由方程式可知，放电时，LixC6为酸锂电池的负极，LixC6在负极失去电子发生氧化反应生成锂离子和C6，电极反应式为LixC6—xe﹣=xLi++C6；②由分析可知，m为钴酸锂电池的负极、n为正极，则该电池充电时，n极接电源的正极；装置Ⅱ中d电极为电解池的阳极，氯离子作用下铜在阳极失去电子发生氧化反应生成氯化亚铜白色沉淀，电极反应式为Cu—e﹣+Cl﹣=CuCl；③由分析可知，电极a为电解池的阴极，水分子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子，观察到的实验现象为电极上有无色气泡逸出；④若装置I为铜上镀银，则装置I中U形管内的溶液为硝酸银溶液，电解时，银离子在铜电极上得到电子发生还原反应生成银，水分子在石墨电极上失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，则电解一段时间后，若铜棒上无气体产生，电解的总反应方程式为4AgNO3+2H2O4Ag+4HNO3+O2↑，所以要使溶液恢复原状态，需加入氧化银。 20．(2024·四川省泸州市高三联考)随着新能源汽车的发展，废旧锂电池需要回收处理。一种对磷酸亚铁锂废电池处理料(主要成分为LiFePO4、FePO4、Al、C等)的回收处理工艺流程如下所示。 已知：常温下，相关金属离子氢氧化物的Ksp与沉淀时的pH，以及部分盐的Ksp如下： 金属离子 开始沉淀的pH 沉淀完全的pH Ksp(氢氧化物) Ksp(盐) Fe3+ 2.24 3.2 3.2×10-38 Ksp(FePO4)=1.3×10-22 Li+ 5.5×10-3 Ksp(Li2CO3)=1.7×10-3 (1)已知OH-+Al(OH)3，K1=6.25×10-2；HCO3-H++，K2=4.7×10-11；“滤液”中的溶质主要是NaAl(OH)4，则步骤①中Al主要反应的离子方程式为 ﹔步骤②曾有学者研究用NaHCO3代替H2SO4，则用NaHCO3溶液反应的平衡常数的数量级为 ，当反应平衡常数大于105时，可视为反应完全，则用NaHCO3代替H2SO4的反应是否完全？ 。 (2)步骤③硫酸溶液足量，“滤渣2”的成分是 ，实际反应中H2O2用量超过理论值，原因是 ；试写出Fe2+与H2O2按物质的量1∶1反应的总离子反应方程式： 。 (3)若步骤④处加入NaOH溶液和NH3·H2O溶液后Li+浓度为0.55mol/L，则此处所调pH的范围为 。滤液4的主要阳离子有 (填离子符号)。 (4)步骤⑤主要是回收利用 元素。 【答案】(1) 2Al+OH-+6H2O=[Al(OH)4]-+3H2↑ 102 否 (2) C 过氧化氢不稳定会分解，且铁离子会催化过氧化氢分解 4Fe2++4H2O2+4H+=4Fe3++6H2O+O2↑ (3) 3.2~12 Li+、Na+、NH4+ (4)锂 【解析】废电池处理料加入氢氧化钠将铝转化四羟基合铝酸钠得到滤液1，加入稀硫酸转化为氢氧化铝沉淀；滤渣1加入稀硫酸，碳不反应成为滤渣2，二价铁被过氧化氢氧化为铁离子进入滤液3，滤液3加入氢氧化钠、氨水调节pH使得铁转化为沉淀，滤液4含有硫酸钠、硫酸铵、硫酸锂，加入碳酸钠得到碳酸锂沉淀。(1)步骤①中Al和氢氧化钠反应生成四羟基合铝酸钠和氢气，主要反应的离子方程式为2Al+OH-+6H2O=[Al(OH)4]-+3H2↑；步骤②研究用NaHCO3代替H2SO4，则反应为[Al(OH)4]-+HCO3-Al(OH)3+CO32-+H2O，，则用NaHCO3溶液反应的平衡常数的数量级为102<105，故反应不完全；(2)步骤③中碳不和稀硫酸反应成为滤渣2；硫酸溶液足量，过氧化氢将亚铁离子氧化为铁离子，过氧化氢不稳定会分解，且铁离子会催化过氧化氢分解，故实际反应中H2O2用量超过理论值；Fe2+与H2O2按物质的量1∶1反应，反应中铁化合价由+2被氧化为+3，则需要0.5分子过氧化氢做氧化剂，另0.5分子过氧化氢发生歧化反应生成水和氧气，故总离子反应方程式：4Fe2++4H2O2+4H+=4Fe3++6H2O+O2↑；(3)步骤④处加入NaOH溶液和NH3·H2O溶液后Li+浓度为0.55mol/L，此时铁离子完全转化为沉淀而离子没有转化为沉淀，则，pOH=2，pH=12，故此处所调pH的范围为3.2~12；滤液4的主要成分为硫酸锂、生成的硫酸钠和硫酸铵，故阳离子有Li+、Na+、NH4+；(4)步骤⑤得到碳酸锂沉淀，故主要是回收利用锂元素。 21．(2024·四川省成都市龙泉驿区高三联考)当今，电动汽车因对环境污染少，很受大众欢迎。市售电动汽车已约达汽车销量的。不同品牌电动汽车所用电池有不同类型，如铅酸电池、镍镉电池和镍氢电池、锂电池、磷酸铁锂电池、燃料电池等。其中磷酸亚铁锂(LiFePO4)电池由于其性能高、循环次数多、放电电位稳定，是电动汽车的重要选择之一。回答下列问题： (1) LiFePO4中基态亚铁离子的价电子排布式为 ；阴离子的空间构型是 ，其中心原子的杂化类型为 。 (2)N、P、As是同主族元素，第一电离能均大于同周期相邻元素，其主要原因是 ；NH3极易溶于水，而PH3、AsH3难溶于水，其主要原因是 。 (3)铁能形成多种配合物，如Fe(CO)5等。该配合物中键和键的数目之比为 ；磷元素能形成多种含氧酸，其中H3PO2是一种重要的化工原料。已知：无机含氧酸非羟基氧越多，酸性越强；0个非羟基氧是弱酸，1个非羟基氧是中强酸，2个非羟基氧是强酸。如H3PO4为中强酸，其结构简式为：，H3PO2也是一种中强酸，则H3PO2的结构简式为 ；H3PO2与足量NaOH溶液反应的化学方程式为 。 (4)铁和碳常组成晶体，其中一种晶体的晶胞如图1所示，该晶体中铁、碳的原子个数比为 ，该晶体可以看成是铁晶胞中插入碳原子，不改变晶胞形状与大小，则铁晶体、碳化铁晶体的密度之比为 。铁和镁也可组成晶体，其晶胞如图2所示。若晶胞参数为apm，则铁镁晶体密度= g· cm-3 (列出计算式，阿伏加德罗常数的值为NA)。 【答案】(1) 3d6 正四面体 sp3 (2) N、P、As的电子在p轨道为半满结构，能量较低，较难失去电子 NH3能与水形成分子间氢键 (3)1∶1 或 H3PO4+ NaOH= NaH2PO4+H2O (4) 1∶1 14∶17 【解析】(1)铁为26号元素，价电子排布式为3d64s2，故基态亚铁离子的价电子排布式为3d6；阴离子为PO43-，中心原子P原子的价层电子对数为，杂化类型为sp3，由于没有孤电子对，PO43-的空间构型是正四面体；(2)由洪特归中知，由于N、P、As的电子在p轨道为半满结构，能量较低，较难失去电子，故N、P、As的第一电离能均大于同周期相邻元素；由于NH3能与水形成分子间氢键，故NH3极易溶于水；(3)在Fe(CO)5中，CO中含有1个σ键和2个π键，此外还有1个配位键，CO与Fe之间还有配位键，故Fe(CO)5中σ键和π键的数目之比为(5+5)∶(5+5)=1∶1，由于H3PO4为中强酸可知，H3PO4中有1个非羟基氧，结构简式为或；由结构简式可知，H3PO4为一元酸，与足量NaOH溶液反应的化学方程式为：H3PO4+ NaOH= NaH2PO4+H2O；(4)由图1知，铁原子为顶点和面心，该晶胞中含有的铁原子个数为，碳原子位于体心和棱上，该晶胞中含有的碳原子个数为，该晶体中铁、碳的原子个数比为4∶4=1∶1；由于该晶体可以看成是铁晶胞中插入碳原子，不改变晶胞形状与大小，则铁晶体、碳化铁晶体的密度之比等于摩尔质量之比，故则铁晶体、碳化铁晶体的密度之比56∶(56+12)=56∶68=14∶17；如图2所示，铁和镁组成晶体中，铁位于顶点和面心，共含有铁原子，镁位于晶胞内，共含有8个镁原子，若晶胞参数为apm，则铁镁晶体密度=。 22．(2024·广东省广州市第十六中学期中)“刀片电池”通过结构创新，大大提升了磷酸铁锂电池的能量密度。以下是以磷矿石(主要成分Ca5(PO4)3F，还有Fe2O3、C aCO3等杂质)为原料生产白磷(P4)同时制得刀片电池正极材料FePO4的工艺流程： 已知： ①FePO4难溶于水，可溶于pH<2的酸性溶液。 ②在pH大于2.0时开始产生氢氧化物沉淀，pH为4.0时沉淀完全。 回答下列问题： (1)白磷(P4)分子呈正四面体形，难溶于水。白磷是 (填“极性分子”或“非极性分子”)。 (2)“炉渣Ⅰ”主要含有铁单质及铁的磷化物，写出一种分离出铁单质的简单方法 。FeP溶于稀硝酸的离子方程式为 。 (3)“炉渣Ⅱ”的主要成分是一种难溶硅酸盐，其化学式为 。 (4)向“溶液Ⅱ”中通入NH3控制pH在2.0的原因是 。 (5)Goodenough等人因在锂离子电池及钴酸锂、磷酸铁锂等正极材料研究方面的卓越贡献而获得2019年诺贝尔化学奖。LiFePO4的晶胞结构示意图如(a)所示。其中O围绕Fe和P分别形成正八面体和正四面体，它们通过共顶点、共棱形成空间链结构。每个晶胞中含有LiFePO4的单元数有 个。 电池充电时，LiFePO4脱出部分Li+，形成Li1-xFePO4，结构示意图如(b)所示，则x= 。Li1-xFePO4中铁元素有＋2和＋3价。Fe2+价层电子排布式为 。 【答案】(1)非极性分子 (2)用磁铁吸的方法从铁单质和铁的磷化物中分离出铁单质 3FeP+8H++8NO3-=3PO43-+8NO↑+3Fe3++4H2O (3)CaSiO3 (4)防止铁离子转化为氢氧化铁，避免生成的磷酸铁中含有较多氢氧化铁杂质，促进FePO4析出 (5)4 3d6 【解析】磷矿石中加入SiO2、焦炭，在电炉中1500℃条件下反应，生成炉气和炉渣，炉气分离得到P4、SiF4和CO，炉渣分离得到炉渣I和炉渣II，炉渣I中主要含有铁单质和铁的磷化物，则炉渣I中主要为Fe、FeP等物质，结合所加原料和生成物，分析化合价变化可知，反应中焦炭为还原剂，铁元素和磷元素被还原，炉渣II中应该含有Ca元素形成的盐，炉渣I中加入硝酸，过滤得到滤液I和滤渣III，硝酸具有强氧化性，将Fe及其化合物氧化为Fe3+，向溶液I中加入磷酸生成溶液II，溶液II中加入NH3最终反应生成磷酸铁。 (1)白磷分子呈正四面体形，难溶于水，说明其正负电荷中心重合，为非极性分子。(2)铁单质能被磁铁吸引，铁的磷化物不能被磁铁吸引，因此可用磁铁吸的方法从铁单质和铁的磷化物中分离出铁单质。FeP溶于稀硝酸，反应生成Fe3+、PO43-、NO和H2O，离子方程式为3FeP+8H++8NO3-=3 PO43-+8NO↑+3Fe3++4H2O。(3)炉渣II中的主要成分为Ca元素形成的化合物，则其化学式为CaSiO3。(4)从题干中可知，Fe3+在pH大于2.0时开始沉淀，向溶液II中通入氨气控制pH在2.0左右，可防止铁离子转化为氢氧化铁，避免生成的磷酸铁中含有较多氢氧化铁杂质，同时从题干可知，FePO4难溶于水，可溶于pH<2的酸性溶液，pH=2可促进FePO4析出。(5)O围绕Fe和P分别形成正八面体和正四面体，则图中小白球表示Li+，一个晶胞中其数目为8×+4×+4×=4，再根据其化学式LiFePO4可知，一个晶胞中含有LiFePO4的单元数为4个。电池充电时LiFePO4脱出部分Li+，形成图b的结构，根据均摊法可知，此时Li+数量为8×+3×+3×=3.25，Fe原子数量不变为4个，则有(1-x):1=3.25:4，x=。Fe2+的价层电子排布式为3d6。 25 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$