-
目前的锂离子电池的正极材料多是LiCoO2、LiMn2O4、LiFePO4和双离子传递型聚合物等。改良正极材料的性能是锂离子电池领域的重点方向，如用碳包覆LiFePO4和向其中掺杂金属银等。下列过程是制备该正极材料的流程图：
回答下列问题：
(1)LiFePO4中铁元素的化合价为_____价。已知原料是Li2CO3、FeC2O4·2H2O、NH4H2PO4和C6H12O6的混合物，其中Li、Fe、P三种元素的物质的量比为1：1：1，C6H12O6的用量占原料总质量的5%。若原料的质量为1000 g，则需要称取NH4H2PO4的质量为_______(保留两位小数)。
(2)将原料先行研磨4 h目的是_________。为了更快得到前驱体粉末，除了保持温度在50℃外，还应进行的常见操作方法是_________。
(3)两次焙烧均需要在高纯氮气环境下进行，原因是________。葡萄糖分解产生的碳除了提供还原性环境，提高产物纯度，而且可以阻止晶粒的聚集长大，控制颗粒形状，提高LiFePO4的电导率。则葡萄糖分解的化学反应方程式(分解过程中只有C一种单质生成)为________。600℃加热时硝酸银发生分解生成红棕色气体和3种常见单质(其中两种气体单质物质的量比为2：7)，则分解时的化学反应方程式为_______。
(4)如图所示是用LiFePO4/Ag/C作正极材料制成的纽扣锂离子电池组装示意图。充电时，其正、负极材料所发生反应的电极方程式分别是______、______(锂离子电池是靠xLi＋在两极的嵌入和嵌出进行工作)。
-
锂离子电池是目前具有最高比能量的二次电池。LiFePO4可极大地改善电池体系的安全性能，且具有资源丰富、循环寿命长、环境友好等特点，是锂离子电池正极材料的理想选择。生产LiFePO4的一种工艺流程如图：
已知：Ksp(FePO4·xH2O)＝1.0×10－15，Ksp[Fe(OH)3]＝4.0×10－38。
(1)在合成磷酸铁时，步骤Ⅰ中pH的控制是关键。如果pH<1.9，Fe3＋沉淀不完全，影响产量；如果pH＞3.0，则可能存在的问题是________________。
(2)步骤Ⅱ中，洗涤是为了除去FePO4·xH2O表面附着的________等离子。
(3)取3组FePO4·xH2O样品，经过高温充分煅烧测其结晶水含量，实验数据如下表：
| 实验序号 | 1 | 2 | 3 |
| 固体失重质量分数 | 19.9% | 20.1% | 20.0% |
固体失重质量分数＝
×100%，则x＝_______(精确至0.1)。
(4)步骤Ⅲ中研磨的作用是__________________________________。
(5)在步骤Ⅳ中生成了LiFePO4、CO2和H2O，则氧化剂与还原剂的物质的量之比为________。
(6)H3PO4是三元酸，如图是常温下溶液中含磷微粒的物质的量分数(δ)随pH变化示意图。则PO
第一步水解的水解常数K1的表达式为______，K1的数值最接近______(填字母)。
A．10－12.4 B．10－1.6 C．10－7.2 D．10－4.2
-
锂离子电池是目前具有最高比能量的二次电池。LiFePO4可极大地改善电池体系的安全性能，且具有资源丰富、循环寿命长、环境友好等特点，是锂离子电池正极材料的理想选择。生产LiFePO4的一种工艺流程如图：
已知：Ksp(FePO4·xH2O)＝1.0×10－15，Ksp[Fe(OH)3]＝4.0×10－38。
(1)在合成磷酸铁时，步骤Ⅰ中pH的控制是关键。如果pH<1.9，Fe3＋沉淀不完全，影响产量；如果pH＞3.0，则可能存在的问题是________________。
(2)步骤Ⅱ中，洗涤是为了除去FePO4·xH2O表面附着的________等离子。
(3)取3组FePO4·xH2O样品，经过高温充分煅烧测其结晶水含量，实验数据如下表：
| 实验序号 | 1 | 2 | 3 |
| 固体失重质量分数 | 19.9% | 20.1% | 20.0% |
固体失重质量分数＝
×100%，则x＝_______(精确至0.1)。
(4)步骤Ⅲ中研磨的作用是__________________________________。
(5)在步骤Ⅳ中生成了LiFePO4、CO2和H2O，则氧化剂与还原剂的物质的量之比为________。
(6)H3PO4是三元酸，如图是常温下溶液中含磷微粒的物质的量分数(δ)随pH变化示意图。则PO第一步水解的水解常数K1的表达式为______，K1的数值最接近______(填字母)。
A．10－12.4 B．10－1.6 C．10－7.2 D．10－4.2
【答案】 生成Fe(OH)3杂质，影响磷酸铁的纯度 NO
、NH
、H＋(只要写出NO、NH即可) 2.1 使反应物混合均匀，增大反应速率，提高反应产率(答案合理即可) 24∶1 
B
【解析】磷酸和硝酸铁溶液中加入氨水调节溶液pH值2-3目的是生成磷酸铁，过滤、洗涤、干燥得到FePO4·xH2O，加入葡萄糖和磷酸锂研磨、干燥在有氩气的装置中高温煅烧得到LiFePO4，（1）步骤I中pH的控制是关键．如果pH＜1.9，Fe3＋沉淀不完全，影响产量；如果pH＞3.0，则可能存在的问题是：生成Fe(OH)3杂质，影响磷酸铁的纯度；（2）步骤II中，洗涤是为了除去FePO4·xH2O表面附着的NO3－、NH4＋、H＋；（3）图表中固体失重质量分数的平均值=（19.9%+20.1%+20.0%）/3=20.0%，
,x=2.1，；（4）步骤III中研磨的作用使反应物混合均匀，增大反应速率，提高反应产率(答案合理即可) ；（5）在步骤IV中生成了LiFePO4、CO2和H2O，反应的化学方程式为：24FePO4+C6H12O6+12Li2CO3=24LiFePO4+18CO2+6H2O，则氧化剂与还原剂的物质的量之比为24：1；（6）H3PO4是三元酸，则PO42－第一步水解的离子方程式为：PO43－+H2O
HPO42－+OH－，水解常数K1的表达式=c(OH－)c(HPO42－)/c(PO43－)，图象中可知c（PO43－）=c（HPO42－）时，pH=12.4，则c（OH－）=10-14/10-12.4=10-1.6mol·L－1，故选B。
【题型】综合题
【结束】
11
黄铜矿(主要成分为CuFeS2)是生产铜、铁和硫酸的原料。回答下列问题:
（1）基态Cu原子的价电子排布式为________
（2）从原子结构角度分析,第一电离能I1(Fe)与I1(Cu)的关系是:I1(Fe)____I1(Cu)(填“>“<"或“=”)
（3）血红素是吡咯(C4H5N)的重要衍生物，血红素(含Fe2+)可用于治疗缺铁性贫血。吡略和血红素的结构如下图:
①已知吡咯中的各个原子均在同一平面内，则吡咯分子中N原子的杂化类型为_______
②1mol吡咯分子中所含的σ键总数为____个。分子中的大π键可用
表示，其中m代表参与形成大π键的原子数,n代表参与形成大π键的电子数,则吡略环中的大π键应表示为_____。
③C、N、O三种元素的简单氢化物中，沸点由低到高的顺序为________(填化学式)。
④血液中的O2是由血红素在人体内形成的血红蛋白来输送的,则血红蛋白中的Fe2+与O2是通过_____键相结合。
（4）黄铜矿冶炼铜时产生的SO2可经过SO2
SO3H2SO4途径形成酸雨。SO2的空间构 型为________。H2SO4的酸性强于H2SO3的原因是____________
（5）用石墨作电极处理黄铜矿可制得硫酸铜溶液和单质硫。石墨的晶体结构如下图所示,虚线勾勒出的是其晶胞。则石墨晶胞中含碳原子数为____个。已知石墨的密度为ρg/cm3,C-C键的键长为rcm,设阿伏加德罗常数的值为NA,则石墨晶体的层间距d=______cm。
-
【化学——选修2：化学与技术】（15分）
正极材料为LiCoO2的锂离子电池已被广泛用作便携式电源。但钴的资源匮乏限制了其进一步发展。
（1）橄榄石型LiFePO4是一种潜在的锂离子电池正极材料，它可以通过（NH4）2Fe（SO4）2、H3PO4与LiOH溶液发生共沉淀反应，所得沉淀经80℃真空干燥、高温成型而制得。
①共沉淀反应投料时，不将（NH4）2Fe（SO4）2和LiOH溶液直接混合的原因是 。
②共沉淀反应的化学方程式为 。
③高温成型前，常向LiFePO4中加入少量活性炭黑，其作用除了可以改善成型后的LiFePO4的导电性能外，还能 。
（2）废旧锂离子电池的正极材料试样（主要含有LiCoO2及少量AI、Fe等）可通过下列实验方法回收钴、锂。
①在上述溶解过程中，S2O32－被氧化成SO42－，LiCoO2在溶解过程中反应的化学方程式为 。
②Co（OH）2在空气中加热时，固体残留率随温度的变化, 如右图所示。已知钴的氢氧化物加热至290℃时已完全脱水，则1000℃时，剩余固体的成分为 。（化学式）在350～400℃范围内，剩余固体的成分为 。（填化学式）。
-
正极材料为LiCoO2的锂离子电池已被广泛用作便携式电源．但钴的资源匮乏限制了其进一步发展．
（1）橄榄石型LiFePO4是一种潜在的锂离子电池正极材料，它可以通过（NH4）2Fe（SO4）2、H3PO4与LiOH溶液发生共沉淀反应，所得沉淀经80℃真空干燥、高温成型而制得．
①共沉淀反应投料时，不将（NH4）2Fe（SO4）2和LiOH溶液直接混合的原因是______．
②共沉淀反应的化学方程式为______．
③高温成型前，常向LiFePO4中加入少量活性炭黑，其作用除了可以改善成型后的LiFePO4的导电性能外，还能______．
（2）废旧锂离子电池的正极材料试样（主要含有LiCoO2及少量AI、Fe等）可通过下列实验方法回收钴、锂．
①在上述溶解过程中，S2O32-被氧化成SO42-，LiCoO2在溶解过程中反应的化学方程式为______．
②Co（OH）2在空气中加热时，固体残留率随温度的变化如右图所示．已知钴的氢氧化物加热至290℃时已完全脱水，则1000℃时，剩余固体的成分为______．（填化学式）；在350～400℃范围内，剩余固体的成分为______．（填化学式）．
-
2019年诺贝尔化学奖授予约翰·古德伊纳夫、斯坦利·惠廷厄姆和吉野彰三位科学家，以表彰他们在锂电池领域所做出的巨大贡献。请回答下列问题：
（1）LiCoO2、LiFePO4常用作锂离子电池的正极材料。基态Co原子核外电子排布式为___，基态磷原子中，电子占据的最高能层符号为___；该能层能量最高的电子云在空间有___个伸展方向，原子轨道呈___形。
（2）[Co(NO3－)4]2－中Co2+的配位数为4，配体中N的杂化方式为__，该配离子中各元素的第一电离能由小到大的顺序为___(填元素符号)，1mol该配离子中含σ键数目为___NA。
（3）LiFePO4属于简单磷酸盐，而直链的多磷酸盐则是一种复杂磷酸盐，如：焦磷酸钠、三磷酸钠等。焦磷酸根离子、三磷酸根离子如图所示：
这类磷酸根离子的化学式可用通式表示为___(用n代表P原子数)。
（4）钴蓝晶体结构如图，该立方晶胞由4个I型和4个Ⅱ型小立方体构成，其化学式为___，晶体中Al3+占据O2－形成的___(填“四面体空隙”或“八面体空隙”)。NA为阿伏加德罗常数的值，钴蓝晶体的密度为___g·cm－3(列计算式)。
-
2019年诺贝尔化学奖授予约翰·古德伊纳夫、斯坦利·惠廷汉和吉野彰三位科学家，以表彰他们在锂电池领域所做出的巨大贡献。请回答下列问题：
(1)LiCoO2、LiFePO4常用作锂离子电池的正极材料。
①基态Co原子核外电子排布式为_______________；
②基态磷原子中，电子占据的最高能层符号为______；该能层能量最高的电子云在空间有_____个伸展方向。
(2)[Co(NO3)4]2－的配体中N原子的杂化方式为____，该配离子中各元素的第一电离能由小到大的顺序为________(填元素符号)，1mol该配离子中含σ键数目为_____NA。
(3)LiFePO4属于简单磷酸盐，而直链的多磷酸盐则是一种复杂磷酸盐，如：焦磷酸钠、三磷酸钠等。焦磷酸根离子、三磷酸根离子如图所示：
这类磷酸根离子的化学式可用通式表示为____________(用n代表P原子数)。
(4)①Li2O被广泛用作玻璃的组分，其熔点______Na2O(填高于或者低于)，判断理由_____。
②Li2O具有反萤石结构，晶胞如图所示，已知其晶胞参数为0.4665nm，NA为阿伏加德罗常数的值，则Li2O的密度为___________g·cm－3(列出计算式)。
-
随新能源汽车的发展,新能源电池技术也在不断创新,典型的锂离子电池一般以LiCoO2或LiFePO4等为正极材料，以石墨碳为负极材料，以溶有LiPF6等的有机溶液为电解质溶液。
（1）P原子的电子排布式为_________。Fe2+中未成对电子数为___________。
（2）N、O、F原子的第一电离能由小到大的顺序为_______。
（3）等电子体具有相似的化学键特征，它们的许多性质是相近的。ClO4-与PO43-互为等电子体，ClO4-的立体构型为_______，中心原子的杂化轨道类型为________。
（4）烷烃同系物中，CH4的沸点最低，原因是______________。
（5）向CuSO4溶液中加入氨水，首先形成蓝色沉淀，继续加氨水，沉淀溶解，得到深蓝色溶液，在此溶液中加入乙醇，析出深蓝色的晶体。由蓝色沉淀得到深蓝色溶液的离子方程式为_______________；深蓝色晶体中存在的化学键类型有__________ 。（填代号）
A．离子键
B．σ键
C．非极性共价键
D．配位键
E．金属键
F．氢键
（6）如图所示为Co的某种氧化物的晶胞结构图，则该氧化物的化学式为______；若该晶胞的棱长为a pm,则该晶体的密度为_____________g/cm3。（NA为阿伏加德罗常数的值）
-
锂离子电池己被广泛用作便携式电源。正极材料为LiCoO2、LiFePO4等，负极材料一般为石墨碳，以溶有LiPF6、LiBF4等的碳酸二乙酯(DEC)作电解液。
(1)Fe2+基态核外电子排布式为 ________。
(2)PO43-的空间构型为 ________ (用文字描述)。
(3)
中
的配位数为6，该配合物中的配位原子为 _____。
(4)碳酸二乙酯(DEC)的分子结构如图所示，分子中碳原子的轨道杂化类型为_____，1mol碳酸二乙酯(DEC)中含有σ键的数目为_____。
(5)氮化锂是一种新型无机贮氢材料，其晶胞结构如图所示，该晶体的化学式为_______。
-
2019年诺贝尔化学奖颁发给三位开发锂离子电池的科学家。锂离子电池正极材料是决定其性能的关键．
（1）锰酸锂(LiMn2O4)电池具有原料成本低、合成工艺简单等优点。Li+能量最低的激发态离子的电子排布图为________，该晶体结构中含有Mn4+，基态Mn4+核外价层电子占据的轨道数为__________________个。
（2）磷酸铁锂(LiFePO4)电池安全、充电快、使用寿命长，其中P原子的杂化方式为__________________，阴离子的空间结构为__________________。
（3）三元正极材料
掺杂Al3+可使其性能更优，第四电离能：Mn__________________Al(填“大于”“小于”)，原因是__________________。
（4）铋化锂被认为是很有潜力的正极材料，晶胞结构如图所示。
①晶胞可以看作是由铋原子构成的面心立方晶格，锂原子填充在其中的四面体和八面体空隙处。晶体的化学式为__________________，图中铋原子坐标参数：A为(0，0，0)， B为(0，1，1)，C为__________________。
②若晶胞参数为anm，则铋原子的半径为__________________nm，八面体间隙中的锂原子与四面体间隙中的锂原子之间的最短距离为__________________nm。
第一步水解的水解常数K1的表达式为______，K1的数值最接近______(填字母)。
、NH
、H＋(只要写出NO
,x=2.1，；（4）步骤III中研磨的作用使反应物混合均匀，增大反应速率，提高反应产率(答案合理即可) ；（5）在步骤IV中生成了LiFePO4、CO2和H2O，反应的化学方程式为：24FePO4+C6H12O6+12Li2CO3=24LiFePO4+18CO2+6H2O，则氧化剂与还原剂的物质的量之比为24：1；（6）H3PO4是三元酸，则PO42－第一步水解的离子方程式为：PO43－+H2O
HPO42－+OH－，水解常数K1的表达式=c(OH－)c(HPO42－)/c(PO43－)，图象中可知c（PO43－）=c（HPO42－）时，pH=12.4，则c（OH－）=10-14/10-12.4=10-1.6mol·L－1，故选B。
表示，其中m代表参与形成大π键的原子数,n代表参与形成大π键的电子数,则吡略环中的大π键应表示为_____。
SO3
中
的配位数为6，该配合物中的配位原子为 _____。
掺杂Al3+可使其性能更优，第四电离能：Mn__________________Al(填“大于”“小于”)，原因是__________________。