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）將制得的產品（FeC₂O₄•2H₂O）在氬氣氣氛中進行熱重分析，結果如右圖（TG%表示殘留固體質量占原樣品總質量的百分數）．
①則A-B發(fā)生反應的化學方程式為：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量較第二步的小，試寫出B-C兩步反應的方程式：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式為LiFeSiO₄+Li=Li₂FeSiO₄，寫出相應的電極反應式：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，并用化學方程式表示各步反應的原理，另外還探究了制硅酸亞鐵鋰的原理及根據鋰電池放電時的總反應式為LiFeSiO₄+Li=Li₂FeSiO₄，寫出相應的電極反應式，據此作答；
（1）將硫酸亞鐵銨溶解時，電離出的Fe²⁺會水解，根據水解平衡移動的理論可加稀硫酸抑制水解；
（2）①假設原樣品為100g，則B點時固體質量為80g，減輕的質量為20g，草酸亞鐵的式量為180，晶體中水的質量為100g×$\frac{36}{180}×100%$=20g，可知A→B，失去的是結晶水，據此可寫出此反應方程式；
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量較第二步的小應該是CO，因此結合原子守恒可以寫出這二步反應的化學方程式；
（3）①Li₂CO₃、FeC₂O₄•2H₂O和SiO₂粉末均勻混合，在800℃的氬氣中燒結6小時，制成硅酸亞鐵鋰，同時應該得到CO、CO₂和水，據質量守恒可寫出此反應的化學方程式；
②鋰電池放電時正極發(fā)生氧化反應，負極發(fā)生還原反應，結合總反應式LiFeSiO₄+Li=Li₂FeSiO₄和氧化還原反應的理論，可寫出正極、負極反應式．

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)生的反應是：草酸亞鐵晶體受熱失去結晶水，反應的化學方程式為：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，則正極電極反應為LiFeSiO₄+Li⁺+e-═Li₂FeSiO₄，負極電極反應為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論的依據，掌握物質的性質和相互之間的反應關系，并有助于提高觀察、實驗能力．所以，對化學實驗不僅要認真觀察，還應掌握觀察實驗現(xiàn)象的方法．