Question

6．磷酸鐵（FePO₄）為難溶于水的米白色固體，可用于制備藥物、食品添加劑和鋰離子電池的正極材料．實(shí)驗(yàn)室利用鈦鐵礦（主要成分為FeTiO₃，含有少量MgO、CaO、SiO₂等雜質(zhì)）制備磷酸鐵和鋰離子電池正極材料（LiFePO₄）的部分工業(yè)流程如圖所示：

（1）富鈦渣中的主要成分為TiO₂和SiO₂（填化學(xué)式）．煅燒得到LiFePO₄的化學(xué)方程式為2FePO₄+Li₂CO₃+H₂C₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2LiFePO₄+3CO₂↑+3H₂O．
（2）在共沉淀步驟中加入H₂O₂的目的是讓濾液中的Fe²⁺完全被H₂O₂氧化．
①反應(yīng)的離子方程式為2Fe ²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
②下列實(shí)驗(yàn)條件控制正確的是AB（填序號(hào)）．
A．加入適當(dāng)過量的H₂O₂溶液             B．緩慢滴加H₂O₂溶液并攪拌
C．加熱，使反應(yīng)在較高溫度下進(jìn)行        D．用氨水調(diào)節(jié)pH=7
（3）已知Ca²⁺、Mg²⁺和Fe³⁺離子形成磷酸鹽的Ksp分別為2.0×10^-29、1.0×10^-24和9.9×10^-16，若溶液中三種金屬陽(yáng)離子的濃度均為0.1mol•L^-1，則加入H₃PO₄時(shí)首先生成沉淀的化學(xué)式為FePO₄．
（4）制備LiFePO₄的過程中，理論上所需  17%雙氧水與H₂C₂O₄•2H₂O的質(zhì)量比為100：63．
（5）鈦鐵礦中鈦含量的測(cè)定步驟為：
①還原．將含鈦試樣溶解于強(qiáng)酸溶液中，再加入鋁片將TiO²⁺還原為Ti³⁺，并將Fe³⁺還原．反應(yīng)裝置如圖所示，使用封閉漏斗的目的是避免生成的Ti³⁺被空氣氧化．
②滴定．取下封閉漏斗，向錐形瓶中加入2～3滴KSCN溶液，立即用FeCl₃ 標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn)，記錄讀數(shù)．
③計(jì)算．下列操作會(huì)導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果偏低的是bc．
a．還原操作結(jié)束后鋁片有剩余
b．還原操作結(jié)束后，反應(yīng)液仍呈黃色
c．緩慢滴定，且劇烈振蕩錐形瓶，但無溶液濺出．

Answer 1

分析 鈦鐵礦（主要成分為FeTiO₃，含有少量MgO、CaO、SiO₂等雜質(zhì)）用鹽酸溶解后可以得到含有Ca²⁺、Mg²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺的溶液和含有TiO₂、SiO₂的固體，過濾后在濾液中加入雙氧水和磷酸，可得到FePO₄固體，將FePO₄、Li₂CO₃、H₂C₂O₄•2H₂O煅燒可得到LiFePO₄，
（1）根據(jù)流程分析，SiO₂是不溶于酸的，根據(jù)元素守恒可寫出煅燒得到LiFePO₄的化學(xué)方程式；
（2）①Fe²⁺與H₂O₂在酸性條件下發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Fe³⁺和水；
②由于雙氧水易受熱分解，所以雙氧水要適當(dāng)過量，且加入的速度要慢，以防止反應(yīng)過快，溫度升高，F(xiàn)e²⁺與H₂O₂在酸性條件下發(fā)生氧化還原反應(yīng)；
（3）物質(zhì)的Ksp越小，越容易形成沉淀；
（4）根據(jù)電子得失守恒可知H₂O₂～2Fe³⁺，根據(jù)煅燒中的反應(yīng)方程式可知2FePO₄～H₂C₂O₄•2H₂O，所以H₂O₂～H₂C₂O₄•2H₂O，據(jù)此進(jìn)行計(jì)算；
（5）①Ti³⁺易被空氣氧化；
③a．還原操作結(jié)束后鋁片有剩余，會(huì)多消耗FeCl₃ 標(biāo)準(zhǔn)溶液，
b．還原操作結(jié)束后，反應(yīng)液仍呈黃色，說明FeCl₃ 標(biāo)準(zhǔn)溶液不足；
c．緩慢滴定，且劇烈振蕩錐形瓶，但無溶液濺出，溶液中部分Ti³⁺會(huì)被空氣中的氧氣氧化，會(huì)導(dǎo)致FeCl₃ 標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗量偏少．

解答 解：鈦鐵礦（主要成分為FeTiO₃，含有少量MgO、CaO、SiO₂等雜質(zhì)）用鹽酸溶解后可以得到含有Ca²⁺、Mg²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺的溶液和含有TiO₂、SiO₂的固體，過濾后在濾液中加入雙氧水和磷酸，可得到FePO₄固體，將FePO₄、Li₂CO₃、H₂C₂O₄•2H₂O煅燒可得到LiFePO₄，
（1）根據(jù)流程分析，SiO₂是不溶于酸的，所以富鈦渣中的主要成分是TiO₂和SiO₂，根據(jù)元素守恒可知煅燒得到LiFePO₄的化學(xué)方程式為2FePO₄+Li₂CO₃+H₂C₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2LiFePO₄+3CO₂↑+3H₂O，
故答案為：SiO₂；2FePO₄+Li₂CO₃+H₂C₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2LiFePO₄+3CO₂↑+3H₂O；
（2）①Fe²⁺與H₂O₂在酸性條件下發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Fe³⁺和水，反應(yīng)的離子方程式為2Fe ²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：2Fe ²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
②由于雙氧水易受熱分解，所以雙氧水要適當(dāng)過量，且加入的速度要慢，以防止反應(yīng)過快，溫度升高，F(xiàn)e²⁺與H₂O₂在酸性條件下發(fā)生氧化還原反應(yīng)，
故選AB；
（3）物質(zhì)的Ksp越小，越容易形成沉淀，F(xiàn)ePO₄的Ksp為2.0×10^-29是最小，所以Ca²⁺、Mg²⁺和Fe³⁺三種金屬陽(yáng)離子的濃度均為0.1mol•L^-1時(shí)，加入H₃PO₄首先生成沉淀的化學(xué)式為FePO₄，
故答案為：FePO₄；
（4）根據(jù)電子得失守恒可知H₂O₂～2Fe³⁺，根據(jù)煅燒中的反應(yīng)方程式可知2FePO₄～H₂C₂O₄•2H₂O，所以H₂O₂～H₂C₂O₄•2H₂O，即H₂O₂和H₂C₂O₄•2H₂O的物質(zhì)的量之比為1：1，所以17%雙氧水與H₂C₂O₄•2H₂O的質(zhì)量比為$\frac{34}{17%}：（100+36）$=200：136=100：63，
故答案為：100：63；
（5）①Ti³⁺易被空氣氧化，所以使用封閉漏斗的目的是避免生成的Ti³⁺被空氣氧化，
故答案為：避免生成的Ti³⁺被空氣氧化；
③a．還原操作結(jié)束后鋁片有剩余，會(huì)多消耗FeCl₃ 標(biāo)準(zhǔn)溶液，會(huì)導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果偏高；
b．還原操作結(jié)束后，反應(yīng)液仍呈黃色，說明FeCl₃ 標(biāo)準(zhǔn)溶液不足，會(huì)導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果偏低；
c．緩慢滴定，且劇烈振蕩錐形瓶，但無溶液濺出，溶液中部分Ti³⁺會(huì)被空氣中的氧氣氧化，會(huì)導(dǎo)致FeCl₃ 標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗量偏少，會(huì)導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果偏低；
所以操作會(huì)導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果偏低的是bc，
故選bc．

點(diǎn)評(píng) 本題以鐵及其化合物為載體考查了物質(zhì)的制備，涉及氧化還原反應(yīng)、實(shí)驗(yàn)操作、反應(yīng)速率的影響因素等知識(shí)點(diǎn)，根據(jù)物質(zhì)之間的關(guān)系式、實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性、影響反應(yīng)速率的因素等知識(shí)點(diǎn)來分析解答，題目難度中等．