Question

3．磷及其化合物的应用非常广泛，以废铁屑等为原料合成磷酸亚铁锂的前驱体的制备流程如下：

回答下列问题：
（1）H₂O₂的电子式为；Na₂HPO₄的电离方程式为Na₂HPO₄=2Na⁺+HPO₄^2-．
（2）废铁屑要用热的Na₂CO₃溶液洗涤的目的是除去铁屑表面的油污．
（3）为了加快铁屑的溶解速率，除适当增大硫酸的浓度外，还可采取的措施是加热（或搅拌、或加入铜片）（任写一种）；
（4）沉铁时，溶液中的Fe³⁺与HPO₄^2-反应生成FePO₄?2H₂O沉淀的离子方程式为Fe³⁺+2HPO₄^2-+2H₂O=FePO₄?2H₂O↓+H₂PO₄^-．
（5）FePO₄与Li₂CO₃及C在高温条件下生成LiFePO₄和CO的化学方程式为2FePO₄+Li₂CO₃+2C=2LiFePO₄+3CO↑；高温成型前，常向LiFePO₄中加入少量活性炭，其作用是可以改善成型后LiFePO₄的导电性能和与空气中O₂反应，防止LiFePO₄中的Fe²⁺被氧化．
（6）已知：K_sp[Al（OH）₃]=1×10^-33，K_sp[Fe（OH）₃]=3×10^-39，pH=7.1时Mn（OH）₂开始沉淀．室温下，除去MnSO₄溶液中的Fe³⁺、Al³⁺（使其浓度均小于1×10^-6 mol•L^-1），需调节溶液pH范围为5.0＜pH＜7.1．

Answer 1

分析 废铁屑加入饱和碳酸钠的热容易洗涤表面的油污，水洗涤后加入过量稀硫酸溶解后得到亚铁盐溶液，加入过氧化氢氧化亚铁离子为铁离子，加入Na₂HP0₄，沉铁时，溶液中的Fe³⁺与HPO₄^2-反应生成FePO₄•2H₂O沉淀，过滤洗涤干燥得到晶体，
（1）双氧水中两个氢原子分别与两个氧原子通过共用一对电子结合，两个氧原子之间通过共用1对电子结合，Na₂HPO₄是强电解质水溶液中电离出钠离子和磷酸氢根离子；
（2）纯碱溶液呈碱性，可用于除去废铁屑表面的油污；
（3）加快反应速率的因素分析，可以搅拌、升温或增大接触面积；
（4）沉铁时，溶液中的Fe³⁺与HPO₄^2-反应生成FePO₄•2H₂O，结合电荷守恒和原子守恒配平书写离子方程式；
（5）反应过程中铁元素由+3价降低到+2价，Li₂CO₃中的碳元素由+4价降低到+2价，碳单质中化由0价升为+2价，消耗空气中的O₂，保护Fe²⁺，防止Fe²⁺被氧化；
（6）pH=7.1时Mn（OH）₂开始沉淀．室温下，除去MnSO₄溶液中的Fe³⁺、Al³⁺，结合Al（OH）₃完全变成沉淀时的pH、Fe（OH）₃完全变成沉淀时的pH分析．

解答 解：废铁屑加入饱和碳酸钠的热容易洗涤表面的油污，水洗涤后加入过量稀硫酸溶解后得到亚铁盐溶液，加入过氧化氢氧化亚铁离子为铁离子，加入Na₂HP0₄，沉铁时，溶液中的Fe³⁺与HPO₄^2-反应生成FePO₄•2H₂O沉淀，过滤洗涤干燥得到晶体，
（1）双氧水为共价化合物，分子中存在两个氧氢键和一个O-O键，双氧水的电子式为：，Na₂HPO₄是强电解质水溶液中电离出钠离子和磷酸氢根离子，电离方程式为：Na₂HPO₄=2Na⁺+HPO₄^2-，
故答案为：；Na₂HPO₄=2Na⁺+HPO₄^2-；
（2）碳酸钠溶液中碳酸根离子水解溶液显碱性，水解过程是吸热反应，升温促进水解，溶液碱性增强，油脂在碱溶液中发生水解生成溶于水的醇和酸盐，加入热的Na₂CO₃溶液除油污，
故答案为：除去铁屑表面的油污；
（3）搅拌、适当升温、将废渣碾细成粉末等均可加快反应速率，
故答案为：加热（或搅拌、或加入铜片）；
（4）溶液中的Fe³⁺与HPO₄^2-反应生成FePO₄•2H₂O，反应的离子方程式为：Fe³⁺+2HPO₄^2-+2H₂O=FePO₄?2H₂O↓+H₂PO₄^-，
故答案为：Fe³⁺+2HPO₄^2-+2H₂O=FePO₄?2H₂O↓+H₂PO₄^-；
（5）FePO₄与Li₂CO₃及C在高温条件下生成LiFePO₄和CO的化学方程式为2FePO₄+Li₂CO₃+2C=2LiFePO₄+3CO↑，高温成型前，常向LiFePO₄中加入少量活性炭黑，其作用除了可以改善成型后的LiFePO₄的导电性能外，还能消耗空气中的氧气，保护Fe²⁺，防止Fe²⁺被氧化，
故答案为：2FePO₄+Li₂CO₃+2C=2LiFePO₄+3CO↑；与空气中O₂反应，防止LiFePO₄中的Fe²⁺被氧化；
（6）pH=7.1时Mn（OH）₂开始沉淀．室温下，除去MnSO₄溶液中的Fe³⁺、Al³⁺，氢氧化铝完全变成沉淀时的pH：Ksp[Al（OH）₃]=1×10^-33=c（Al³⁺）×c³（OH^-），c（Al³⁺）=1×10^-6mol•L^-1，解得：c（OH^-）=1×10^-9mol•L^-1，c（H⁺）=1×10^-5mol•L^-1pH=5，同理Fe（OH）₃完全变成沉淀时，pH约为3.5，故pH范围是：5.0＜pH＜7.1，
故答案为：5.0＜pH＜7.1．

点评 本题考查了制备方案的设计，题目难度中等，明确实验目的、实验原理为解答关键，试题综合性较强，侧重分析、实验能力及化学计算能力的综合考查．