Question

4．磷酸鐵（FePO₄•2H₂O，難溶于水的米白色固體）可用于生產(chǎn)藥物、食品添加劑和鋰離子電池的正極材料．實(shí)驗(yàn)室可通過下列實(shí)驗(yàn)制備磷酸鐵．
（1）稱取一定量已除去油污的廢鐵屑，加入稍過量的稀硫酸，加熱、攪拌，反應(yīng)一段時(shí)間后過濾．反應(yīng)加熱的目的是加快Fe和稀硫酸的反應(yīng)速率．
（2）向?yàn)V液中加入一定量H₂O₂氧化Fe²⁺．為確定加入H₂O₂的量，需先用K₂Cr₂O₇標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定濾液中的Fe²⁺，離子方程式如下：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O
①在向滴定管中注入K₂Cr₂O₇標(biāo)準(zhǔn)溶液前，滴定管需要檢漏、用蒸餾水洗凈和用K₂Cr₂O₇標(biāo)準(zhǔn)溶液潤洗2-3次．
②若滴定x mL濾液中的Fe²⁺，消耗a mol•L^-1K₂Cr₂O₇標(biāo)準(zhǔn)溶液b mL，則濾液中c（Fe²⁺）=$\frac{6ab}{x}$mol•L^-1．
③為使濾液中的Fe²⁺完全被H₂O₂氧化，下列實(shí)驗(yàn)條件控制正確的是AB（填選項(xiàng)字母）．
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)溶液pH=7
（3）將一定量的Na₂HPO₄溶液（溶液顯堿性）加入含有Fe³⁺的溶液中，攪拌、過濾、洗滌、干燥得到FePO₄•2H₂O．若反應(yīng)得到的FePO₄•2H₂O固體呈棕黃色，則磷酸鐵中混有的雜質(zhì)可能為Fe（OH）₃．
（4）磷酸亞鐵鋰LiFePO₄是一種新型汽車鋰電池，總反應(yīng)為FePO₄+Li $?_{充電}^{放電}$LiFePO₄，電池中的固體電解質(zhì)可傳導(dǎo)離子，放電時(shí)，正極反應(yīng)為：FePO₄+Li⁺+e^-═LiFePO₄．

Answer 1

分析 （1）溫度越高，反應(yīng)速率越快；
（2）①滴定管在使用前要檢漏、洗滌、潤洗，減少產(chǎn)生誤差的機(jī)會；
②根據(jù)Fe²⁺和K₂Cr₂O₇之間的關(guān)系式計(jì)算；
③為使濾液中的Fe²⁺完全被H₂O₂氧化，加入的氧化劑要過量，且使反應(yīng)物充分反應(yīng)；
（3）氫氧根離子和鐵離子反應(yīng)生成紅褐色沉淀氫氧化鐵；
（4）正極得電子，化合價(jià)降低發(fā)生還原反應(yīng)．

解答 解：（1）溫度越高，反應(yīng)速率越快，所以反應(yīng)加熱的目的是加快鐵與稀硫酸反應(yīng)速率；
故答案為：加快Fe和稀硫酸的反應(yīng)速率；
（2）①滴定管在使用前要檢漏、洗滌、用K₂Cr₂O₇標(biāo)準(zhǔn)溶液潤洗2-3次，如果不檢漏或洗滌、潤洗，會導(dǎo)致使用滴定管中液體體積偏大，測量溶液濃度偏大；
故答案為：用蒸餾水洗凈；用K₂Cr₂O₇標(biāo)準(zhǔn)溶液潤洗2-3次；
②根據(jù)Fe²⁺和K₂Cr₂O₇之間的關(guān)系式：Cr₂O₇^2-～6Fe²⁺得c（Fe²⁺）=$\frac{amol/L×b×1{0}^{-3}L}{x×1{0}^{-3}L}$×6mol/L=$\frac{6ab}{x}$mol/L；
故答案為：$\frac{6ab}{x}$mol/L；
③A、加入適當(dāng)過量的H₂O₂溶液，導(dǎo)致鐵離子能完全反應(yīng)，故正確；
B、緩慢滴加H₂O₂溶液并攪拌，反應(yīng)物接觸面積增大，能使鐵離子完全反應(yīng)，故正確；
C、加熱，使反應(yīng)在較高溫度下進(jìn)行，雖然反應(yīng)速率加快，但雙氧水會分解且能促進(jìn)亞鐵離子水解而產(chǎn)生雜質(zhì)，故錯(cuò)誤；
D、用氨水調(diào)節(jié)溶液pH=7，亞鐵離子和氫氧根離子反應(yīng)生成氫氧化亞鐵雜質(zhì)，故錯(cuò)誤；
故選AB；
（3）堿性條件下，溶液中含有大量氫氧根離子，氫氧根離子和鐵離子反應(yīng)生成紅褐色沉淀氫氧化鐵，導(dǎo)致反應(yīng)得到的FePO₄•H₂O固體呈棕黃色，故答案為：Fe（OH）₃（或氫氧化鐵）；
（4）正極得電子化合價(jià)降低發(fā)生還原反應(yīng)，所以電極反應(yīng)式為：FePO₄+Li⁺+e^-═LiFePO₄；
故答案為：FePO₄+Li⁺+e^-═LiFePO₄．

點(diǎn)評 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)速率的因素等知識點(diǎn)來分析解答，題目難度中等．