Question

14．草酸亞鐵可用于合成鋰電池的正極材料硅酸亞鐵鋰（Li₂FeSiO₄）等，其制備過程主要包括：
a．將硫酸亞鐵銨【（NH₄）₂Fe（SO₄）₂•6H₂O】晶體溶于適量蒸餾水，加入適量稀硫酸酸化．
b．將上述溶液煮沸，逐滴加入H₂C₂O₄溶液，直至沉淀完全．
c．靜置、傾去上層清液、過濾、洗滌、50℃以下烘干．試回答下列問題：
（1）配制（NH₄）₂Fe（SO₄）₂•6H₂O溶液時，需加入少量稀硫酸，目的是抑制Fe²⁺水解．
（2）將制得的產(chǎn)品（FeC₂O₄•2H₂O）在氬氣氣氛中進行熱重分析，結(jié)果如右圖（TG%表示殘留固體質(zhì)量占原樣品總質(zhì)量的百分數(shù)）．
①則A-B發(fā)生反應(yīng)的化學方程式為：FeC₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$FeC₂O₄+2H₂O↑．
②精確研究表明，B-C實際是分兩步進行的，每步釋放一種氣體，其中第一步釋放的氣體相對分子質(zhì)量較第二步的小，試寫出B-C兩步反應(yīng)的方程式：FeC₂O₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeCO₃+CO↑、FeCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeO+CO₂；
（3）Li₂CO₃、FeC₂O₄•2H₂O和SiO₂粉末均勻混合，在800℃的氬氣中燒結(jié)6小時，即可制成硅酸亞鐵鋰．①合成硅酸亞鐵鋰的化學方程式為：Li₂CO₃+FeC₂O₄•2H₂O+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Li₂FeSiO₄+CO↑+2CO₂↑+2H₂O．
②該鋰電池放電時的總反應(yīng)式為LiFeSiO₄+Li=Li₂FeSiO₄，寫出相應(yīng)的電極反應(yīng)式：正極LiFeSiO₄+Li⁺+e-═Li₂FeSiO₄、負極Li-e^-=Li⁺．

Answer 1

分析 本題是探究草酸亞鐵的制備流程，先配制硫酸亞鐵銨溶液，配制時為了抑制Fe²⁺的水解，需要加入少量稀硫酸，然后再滴入草酸溶液，可得草酸亞鐵沉淀，然后過濾洗滌并低溫烘干，并對草酸亞鐵熱分解進行反應(yīng)，并用化學方程式表示各步反應(yīng)的原理，另外還探究了制硅酸亞鐵鋰的原理及根據(jù)鋰電池放電時的總反應(yīng)式為LiFeSiO₄+Li=Li₂FeSiO₄，寫出相應(yīng)的電極反應(yīng)式，據(jù)此作答；
（1）將硫酸亞鐵銨溶解時，電離出的Fe²⁺會水解，根據(jù)水解平衡移動的理論可加稀硫酸抑制水解；
（2）①假設(shè)原樣品為100g，則B點時固體質(zhì)量為80g，減輕的質(zhì)量為20g，草酸亞鐵的式量為180，晶體中水的質(zhì)量為100g×$\frac{36}{180}×100%$=20g，可知A→B，失去的是結(jié)晶水，據(jù)此可寫出此反應(yīng)方程式；
②草酸亞鐵受熱分解生成的氣體只能是CO₂和CO二種氣體，第一步生成的氣體相對分子質(zhì)量較第二步的小應(yīng)該是CO，因此結(jié)合原子守恒可以寫出這二步反應(yīng)的化學方程式；
（3）①Li₂CO₃、FeC₂O₄•2H₂O和SiO₂粉末均勻混合，在800℃的氬氣中燒結(jié)6小時，制成硅酸亞鐵鋰，同時應(yīng)該得到CO、CO₂和水，據(jù)質(zhì)量守恒可寫出此反應(yīng)的化學方程式；
②鋰電池放電時正極發(fā)生氧化反應(yīng)，負極發(fā)生還原反應(yīng)，結(jié)合總反應(yīng)式LiFeSiO₄+Li=Li₂FeSiO₄和氧化還原反應(yīng)的理論，可寫出正極、負極反應(yīng)式．

解答 解：（1）溶解時加入稀硫酸的目的是為了抑制Fe²⁺水解，故答案為：抑制Fe²⁺水解；
（2）①通過計算可知，過程A→B發(fā)生的反應(yīng)是：草酸亞鐵晶體受熱失去結(jié)晶水，反應(yīng)的化學方程式為：FeC₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$FeC₂O₄+2H₂O↑，故答案為：FeC₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$FeC₂O₄+2H₂O↑；
②草酸亞鐵受分解生成CO氣體的化學方程式為FeC₂O₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeCO₃+CO↑，生成的碳酸亞鐵繼續(xù)分解得到CO₂的反應(yīng)方程式為FeCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeO+CO₂，故答案為：FeC₂O₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeCO₃+CO↑、FeCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeO+CO₂；
（3）①合成硅酸亞鐵鋰的化學方程式為Li₂CO₃+FeC₂O₄•2H₂O+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Li₂FeSiO₄+CO↑+2CO₂↑+2H₂O，故答案為：Li₂CO₃+FeC₂O₄•2H₂O+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Li₂FeSiO₄+CO↑+2CO₂↑+2H₂O；
②鋰電池放電時的總反應(yīng)式為LiFeSiO₄+Li=Li₂FeSiO₄，可知Li失電子被氧化，LiFeSiO₄中的三價鐵得電子被還原，則正極電極反應(yīng)為LiFeSiO₄+Li⁺+e-═Li₂FeSiO₄，負極電極反應(yīng)為Li-e^-=Li⁺，故答案為：LiFeSiO₄+Li⁺+e-═Li₂FeSiO₄；Li-e^-=Li⁺．

點評 學實驗現(xiàn)象是化學實驗最突出、最鮮明的部分，也是進行分析推理得出結(jié)論的依據(jù)，掌握物質(zhì)的性質(zhì)和相互之間的反應(yīng)關(guān)系，并有助于提高觀察、實驗?zāi)芰Γ�所以，對化學實驗不僅要認真觀察，還應(yīng)掌握觀察實驗現(xiàn)象的方法．