高中化学每日一题（13）

13. 一种从废旧电池正极材料（LiFePO4）
中回收锂元素的电化学装置如图。
下列说法错误的是(   )
A. a电极反应：O2+2H2O+2e⁻=H2O2+2OH⁻
B. 转移2mol电子，理论上可回收4mol Li+
C. b电极连接电源正极
D.I3⁻可转化为I-和IO3⁻，会降低锂的理论回收产率
 
先尝试作答
答案在后面...... 









 
答案：D

①先确定装置是原电池还是电解池：
   连接外接电源的为电解池
②再判断惰性电极a、b：
a极：O2 + 2e⁻→ H2O2
（O由0价降低到-1价，得电子，a极为阴极，连接电源负极）
b极：3I- -2e⁻→ I3⁻ 
（把I3⁻看成I2·I- ，I由-1价升高到0价，失电子，b极为阳极，连接电源正极）
③最后写出两侧的化学反应方程式：
左侧反应：
2LiFePO4+2H++H2O2═2FePO4+2Li++2H2O
关系式：2e⁻~ H2O2 ~ 2Li+
右侧反应：
2LiFePO4+I3-+2H+=2Li++2FePO4+3I-+H2↑
关系式：2e⁻~ I3⁻~ 2Li+
 
不会写上面两个方程式也可以，会关系式即可：
LiFePO4 —Li+ —1e⁻
电路中转移1 mol电子时：
      左侧释放1 molLi+；
      右侧也释放1 molLi+；
电路中转移2 mol电子时，
      两组锂回收电极同步反应，
      理论可析出4 molLi+ 。
 
‌I₃⁻本身不会直接歧化，实际发生歧化的是I₂‌。
在碱性条件下，I₂与OH⁻反应生成I⁻和IO₃⁻，
而I₃⁻只是I₂与I⁻结合形成的络离子，
它在碱性环境中会解离出I₂后再参与歧化。
 
歧化的总离子方程式为：‌
3I₂ + 6OH⁻ → 5I⁻ + IO₃⁻ + 3H₂O  

（6e⁻~3I3⁻~ 3I₂ ~ IO₃⁻）
（生产的 I⁻ 和 IO₃⁻还会发生归中反应： 
5I−+IO3−+6H+→3I2+3H2O）
 
IO3−+6LiFePO4+6H+→I−+6FePO4+6Li++3H2O 
 （6e⁻~ IO3⁻~ 6Li+）
 
最终确定关系式：6e⁻~ 3I3⁻~ IO3⁻~ 6Li+
 
I₃⁻ 歧化成 I⁻ 和 IO₃⁻ ，3 mol I₃⁻ 原本可得 6 mol 电子，歧化后 1 mol IO₃⁻ 作为氧化剂，氧化LiFePO₄，最终全部变回I⁻，仍可得 6 mol 电子，总氧化能力不变，整个过程总转移电子总量没有改变，因此脱出回收的 Li⁺ 总量不变。
 
歧化前后氧化能力不变‌：I₃⁻发生歧化（自身氧化还原）生成I⁻和IO₃⁻，本质是碘元素内部的电子转移。反应前后，体系中碘元素作为氧化剂能得到的‌总电子数不变‌，因此氧化LiFePO₄释放Li⁺的总能力也不变。
‌‌

此题有一定难度，
要会判断电解池阴阳极，
要会写电极反应，
要会写陌生方程式，
要会关系式法。