Question

14．草酸亚铁可用于合成锂电池的正极材料硅酸亚铁锂（Li₂FeSiO₄）等，其制备过程主要包括：
a．将硫酸亚铁铵【（NH₄）₂Fe（SO₄）₂•6H₂O】晶体溶于适量蒸馏水，加入适量稀硫酸酸化．
b．将上述溶液煮沸，逐滴加入H₂C₂O₄溶液，直至沉淀完全．
c．静置、倾去上层清液、过滤、洗涤、50℃以下烘干．试回答下列问题：
（1）配制（NH₄）₂Fe（SO₄）₂•6H₂O溶液时，需加入少量稀硫酸，目的是抑制Fe²⁺水解．
（2）将制得的产品（FeC₂O₄•2H₂O）在氩气气氛中进行热重分析，结果如右图（TG%表示残留固体质量占原样品总质量的百分数）．
①则A-B发生反应的化学方程式为：FeC₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$FeC₂O₄+2H₂O↑．
②精确研究表明，B-C实际是分两步进行的，每步释放一种气体，其中第一步释放的气体相对分子质量较第二步的小，试写出B-C两步反应的方程式：FeC₂O₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeCO₃+CO↑、FeCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeO+CO₂；
（3）Li₂CO₃、FeC₂O₄•2H₂O和SiO₂粉末均匀混合，在800℃的氩气中烧结6小时，即可制成硅酸亚铁锂．①合成硅酸亚铁锂的化学方程式为：Li₂CO₃+FeC₂O₄•2H₂O+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Li₂FeSiO₄+CO↑+2CO₂↑+2H₂O．
②该锂电池放电时的总反应式为LiFeSiO₄+Li=Li₂FeSiO₄，写出相应的电极反应式：正极LiFeSiO₄+Li⁺+e-═Li₂FeSiO₄、负极Li-e^-=Li⁺．

Answer 1

分析 本题是探究草酸亚铁的制备流程，先配制硫酸亚铁铵溶液，配制时为了抑制Fe²⁺的水解，需要加入少量稀硫酸，然后再滴入草酸溶液，可得草酸亚铁沉淀，然后过滤洗涤并低温烘干，并对草酸亚铁热分解进行反应，并用化学方程式表示各步反应的原理，另外还探究了制硅酸亚铁锂的原理及根据锂电池放电时的总反应式为LiFeSiO₄+Li=Li₂FeSiO₄，写出相应的电极反应式，据此作答；
（1）将硫酸亚铁铵溶解时，电离出的Fe²⁺会水解，根据水解平衡移动的理论可加稀硫酸抑制水解；
（2）①假设原样品为100g，则B点时固体质量为80g，减轻的质量为20g，草酸亚铁的式量为180，晶体中水的质量为100g×$\frac{36}{180}×100%$=20g，可知A→B，失去的是结晶水，据此可写出此反应方程式；
②草酸亚铁受热分解生成的气体只能是CO₂和CO二种气体，第一步生成的气体相对分子质量较第二步的小应该是CO，因此结合原子守恒可以写出这二步反应的化学方程式；
（3）①Li₂CO₃、FeC₂O₄•2H₂O和SiO₂粉末均匀混合，在800℃的氩气中烧结6小时，制成硅酸亚铁锂，同时应该得到CO、CO₂和水，据质量守恒可写出此反应的化学方程式；
②锂电池放电时正极发生氧化反应，负极发生还原反应，结合总反应式LiFeSiO₄+Li=Li₂FeSiO₄和氧化还原反应的理论，可写出正极、负极反应式．

解答 解：（1）溶解时加入稀硫酸的目的是为了抑制Fe²⁺水解，故答案为：抑制Fe²⁺水解；
（2）①通过计算可知，过程A→B发生的反应是：草酸亚铁晶体受热失去结晶水，反应的化学方程式为：FeC₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$FeC₂O₄+2H₂O↑，故答案为：FeC₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$FeC₂O₄+2H₂O↑；
②草酸亚铁受分解生成CO气体的化学方程式为FeC₂O₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeCO₃+CO↑，生成的碳酸亚铁继续分解得到CO₂的反应方程式为FeCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeO+CO₂，故答案为：FeC₂O₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeCO₃+CO↑、FeCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeO+CO₂；
（3）①合成硅酸亚铁锂的化学方程式为Li₂CO₃+FeC₂O₄•2H₂O+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Li₂FeSiO₄+CO↑+2CO₂↑+2H₂O，故答案为：Li₂CO₃+FeC₂O₄•2H₂O+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Li₂FeSiO₄+CO↑+2CO₂↑+2H₂O；
②锂电池放电时的总反应式为LiFeSiO₄+Li=Li₂FeSiO₄，可知Li失电子被氧化，LiFeSiO₄中的三价铁得电子被还原，则正极电极反应为LiFeSiO₄+Li⁺+e-═Li₂FeSiO₄，负极电极反应为Li-e^-=Li⁺，故答案为：LiFeSiO₄+Li⁺+e-═Li₂FeSiO₄；Li-e^-=Li⁺．

点评 学实验现象是化学实验最突出、最鲜明的部分，也是进行分析推理得出结论的依据，掌握物质的性质和相互之间的反应关系，并有助于提高观察、实验能力．所以，对化学实验不仅要认真观察，还应掌握观察实验现象的方法．