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。