Question

14．硅酸亞鐵鋰（Li₂FeSiO₄）是極具發(fā)展?jié)摿Φ男滦弯囯x子電池電極材料．某學(xué)習(xí)小組按如下實(shí)驗(yàn)流程制備 Li₂FeSiO₄ 并測(cè)定所得產(chǎn)品中 Li₂FeSiO₄ 的含量．

（1）溶解時(shí)稀硫酸所起的作用是抑制Fe²⁺和NH₄⁺水解．
（2）過(guò)濾所得沉淀為 FeC₂O₄•2H₂O，將其在氬氣氣氛中進(jìn)行熱重分析，結(jié)果如圖2（TG%表示殘留固體質(zhì)量占原樣品總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)）．則：B 點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度時(shí)，所得固體的化學(xué)式為FeC₂O₄．
（3）制備時(shí)必須在惰性氣體氛圍高溫反應(yīng) 8 小時(shí)，其反應(yīng)的化學(xué)方程式為FeC₂O₄•2H₂O+Li₂CO₃+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Li₂FeSiO₄+2CO₂↑+CO↑+2H₂O．
（4）取 20.00g Li₂FeSiO₄ 產(chǎn)品在空氣中充分灼燒，冷卻后加足量的稀硫酸充分溶解，再向溶液中通入足量的 SO₂待充分反應(yīng)后煮沸，冷卻后加水稀釋得 100mL 含 Fe²⁺的溶液．取 20.00mL 該溶液至錐形瓶中用 0.2000mol•Lˉ¹ 的酸性 KMnO₄ 標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定（MnO₄^-被還原為 Mn²⁺），終點(diǎn)時(shí)消耗KMnO₄ 標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積為 20.00mL．計(jì)算產(chǎn)品中 Li₂FeSiO₄ 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

Answer 1

分析 （1）溶液中Fe²⁺和 NH₄⁺水解，加入少量硫酸，抑制Fe²⁺和 NH₄⁺水解；
（2）由圖可知，加熱生成B時(shí)剩余固體為80%，損失20%，F(xiàn)eC₂O₄.2H₂O中結(jié)晶水的質(zhì)量為$\frac{36}{180}$×100%=20%，故A→B發(fā)生反應(yīng)是FeC₂O₄.2H₂O加熱失去結(jié)晶水；
（3）制備時(shí)必須在惰性氣體氛圍高溫反應(yīng) 8 小時(shí)，F(xiàn)eC₂O₄•2H₂O和Li₂CO₃、SiO₂ 混合反應(yīng)生成 Li₂FeSiO₄、CO₂、CO和H₂O；
（4）根據(jù)鐵守恒結(jié)合滴定的方程式即MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O進(jìn)行計(jì)算．

解答 解：（1）溶液中Fe²⁺和 NH₄⁺水解，加入少量硫酸，抑制Fe²⁺和 NH₄⁺水解，所以溶解時(shí)稀硫酸所起的作用是抑制Fe²⁺和 NH₄⁺水解；
故答案為：抑制Fe²⁺和 NH₄⁺水解；
（2）由圖可知，加熱生成B時(shí)剩余固體為80%，損失20%，F(xiàn)eC₂O₄.2H₂O中結(jié)晶水的質(zhì)量為$\frac{36}{180}$×100%=20%，故A→B發(fā)生反應(yīng)是FeC₂O₄.2H₂O加熱失去結(jié)晶水，所以B 點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度時(shí)，所得固體的化學(xué)式為 FeC₂O₄，故答案為：FeC₂O₄；
（3）制備時(shí)必須在惰性氣體氛圍高溫反應(yīng) 8 小時(shí)，則FeC₂O₄•2H₂O和Li₂CO₃、SiO₂ 混合反應(yīng)生成 Li₂FeSiO₄、CO₂、CO和H₂O，發(fā)生的化學(xué)方程式為：FeC₂O₄•2H₂O+Li₂CO₃+SiO₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Li₂FeSiO₄+2 CO₂↑+CO↑+2H₂O，
故答案為：FeC₂O₄•2H₂O+Li₂CO₃+SiO₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Li₂FeSiO₄+2 CO₂↑+CO↑+2H₂O；
（4）根據(jù)滴定的方程式：MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O及鐵原子守恒，
則有5Li₂FeSiO₄～5Fe²⁺～MnO₄^-
5                            1
            n                     0.2000mol•Lˉ¹×0.02L×$\frac{100}{20}$
 則n=0.2000mol•Lˉ¹×0.02L×$\frac{100}{20}$×5=0.1mol，所以產(chǎn)品中 Li₂FeSiO₄ 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{0.1mol×162g/mol}{20.00g}$×100%=81.0%，
答：產(chǎn)品中 Li₂FeSiO₄ 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為81.0%．

點(diǎn)評(píng) 本題以Li₂FeSiO₄制備為載體，考查鹽類水解、方程式計(jì)算、化學(xué)計(jì)算等，難點(diǎn)為（2）根據(jù)計(jì)算判斷各階段發(fā)生的反應(yīng)是解題的關(guān)鍵，難度較大．