Question

4．磷酸铁（FePO₄•2H₂O，难溶于水的米白色固体）可用于生产药物、食品添加剂和锂离子电池的正极材料．实验室可通过下列实验制备磷酸铁．
（1）称取一定量已除去油污的废铁屑，加入稍过量的稀硫酸，加热、搅拌，反应一段时间后过滤．反应加热的目的是加快Fe和稀硫酸的反应速率．
（2）向滤液中加入一定量H₂O₂氧化Fe²⁺．为确定加入H₂O₂的量，需先用K₂Cr₂O₇标准溶液滴定滤液中的Fe²⁺，离子方程式如下：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O
①在向滴定管中注入K₂Cr₂O₇标准溶液前，滴定管需要检漏、用蒸馏水洗净和用K₂Cr₂O₇标准溶液润洗2-3次．
②若滴定x mL滤液中的Fe²⁺，消耗a mol•L^-1K₂Cr₂O₇标准溶液b mL，则滤液中c（Fe²⁺）=$\frac{6ab}{x}$mol•L^-1．
③为使滤液中的Fe²⁺完全被H₂O₂氧化，下列实验条件控制正确的是AB（填选项字母）．
A．加入适当过量的H₂O₂溶液           B．缓慢滴加H₂O₂溶液并搅拌
C．加热，使反应在较高温度下进行       D．用氨水调节溶液pH=7
（3）将一定量的Na₂HPO₄溶液（溶液显碱性）加入含有Fe³⁺的溶液中，搅拌、过滤、洗涤、干燥得到FePO₄•2H₂O．若反应得到的FePO₄•2H₂O固体呈棕黄色，则磷酸铁中混有的杂质可能为Fe（OH）₃．
（4）磷酸亚铁锂LiFePO₄是一种新型汽车锂电池，总反应为FePO₄+Li $?_{充电}^{放电}$LiFePO₄，电池中的固体电解质可传导离子，放电时，正极反应为：FePO₄+Li⁺+e^-═LiFePO₄．

Answer 1

分析 （1）温度越高，反应速率越快；
（2）①滴定管在使用前要检漏、洗涤、润洗，减少产生误差的机会；
②根据Fe²⁺和K₂Cr₂O₇之间的关系式计算；
③为使滤液中的Fe²⁺完全被H₂O₂氧化，加入的氧化剂要过量，且使反应物充分反应；
（3）氢氧根离子和铁离子反应生成红褐色沉淀氢氧化铁；
（4）正极得电子，化合价降低发生还原反应．

解答 解：（1）温度越高，反应速率越快，所以反应加热的目的是加快铁与稀硫酸反应速率；
故答案为：加快Fe和稀硫酸的反应速率；
（2）①滴定管在使用前要检漏、洗涤、用K₂Cr₂O₇标准溶液润洗2-3次，如果不检漏或洗涤、润洗，会导致使用滴定管中液体体积偏大，测量溶液浓度偏大；
故答案为：用蒸馏水洗净；用K₂Cr₂O₇标准溶液润洗2-3次；
②根据Fe²⁺和K₂Cr₂O₇之间的关系式：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；
故答案为：$\frac{6ab}{x}$mol/L；
③A、加入适当过量的H₂O₂溶液，导致铁离子能完全反应，故正确；
B、缓慢滴加H₂O₂溶液并搅拌，反应物接触面积增大，能使铁离子完全反应，故正确；
C、加热，使反应在较高温度下进行，虽然反应速率加快，但双氧水会分解且能促进亚铁离子水解而产生杂质，故错误；
D、用氨水调节溶液pH=7，亚铁离子和氢氧根离子反应生成氢氧化亚铁杂质，故错误；
故选AB；
（3）碱性条件下，溶液中含有大量氢氧根离子，氢氧根离子和铁离子反应生成红褐色沉淀氢氧化铁，导致反应得到的FePO₄•H₂O固体呈棕黄色，故答案为：Fe（OH）₃（或氢氧化铁）；
（4）正极得电子化合价降低发生还原反应，所以电极反应式为：FePO₄+Li⁺+e^-═LiFePO₄；
故答案为：FePO₄+Li⁺+e^-═LiFePO₄．

点评 本题以铁及其化合物为载体考查了物质的制备，涉及氧化还原反应、实验操作、反应速率的影响因素等知识点，根据物质之间的关系式、实验操作的规范性、影响反应速率的因素等知识点来分析解答，题目难度中等．