Question

12．氮、磷及其化合物在科研及生产中均有着重要的应用．
（1）某课外学习小组欲制备少量NO气体，写出铁粉与足量稀硝酸反应制备NO的离子方程式：Fe+4H⁺+NO₃^-=Fe³⁺+NO↑+2H₂O
（2）LiFePO₄是一种新型动力锂电池的电极材料．
①图1为某LiFePO₄电池充、放电时正极局部放大示意图，写出该电池放电时正极反应方程式：Li⁺+FePO₄+e^-=LiFePO₄．
②将LiOH、FePO₄•2H₂O（米白色固体）与还原剂葡萄糖按一定计量数混合，在N₂中高温焙烧可制得锂电池正极材料LiFePO₄．焙烧过程中N₂的作用是防止生成的Fe²⁺在空气中重新被氧化；实验室中以Fe³⁺为原料制得的FePO₄•2H₂O有时显红褐色，FePO₄•2H₂O中混有的杂质可能为Fe（OH）₃（或氢氧化铁）．
（3）磷及部分重要化合物的相互转化如图2所示．
①步骤Ⅰ为白磷的工业生产方法之一，反应在1300℃的高温炉中进行，其中SiO₂的作用是用于造渣（CaSiO₃），焦炭的作用是做还原剂．
②不慎将白磷沾到皮肤上，可用0.2mol/L CuSO₄溶液冲洗，根据步骤Ⅱ可判断，1molCuSO₄所能氧化的白磷的物质的量为0.05mol．
③步骤Ⅲ中，反应物的比例不同可获得不同的产物，除Ca₃（PO₄）₂外可能的产物还有CaHPO₄、Ca（H₂PO₄）₂．

Answer 1

分析 （1）铁和过量稀硝酸反应生成硝酸铁、一氧化氮和水；
（2）①在原电池放电时，负极上失电子发生氧化反应，正极上得电子发生还原反应，根据得失电子确定正负极，根据反应物、生成物书写电极反应式．
②制备锂电池正极材料LiFePO₄．需要防止亚铁被氧化分析判断；红褐色可能是晶体在下层了氢氧化铁胶体；
（3）①依据发生反应2Ca₃（PO₄）₂+6SiO₂+10C→P₄↑+6CaSiO₃+10CO↑，判断CO的作用；
②依据氧化还原反应中铜元素、磷元素化合价变化计算；
③磷酸为三元酸与氢氧化钙反应，依据磷酸与氢氧化钙量不同，得到的产物可能是：Ca₃（PO₄）₂、CaHPO₄、Ca（H2PO₄）₂．

解答 解：（1）铁和过量稀硝酸反应生成硝酸铁、一氧化氮和水，反应的离子方程式为：Fe+4H⁺+NO₃^-=Fe³⁺+NO↑+2H₂O；
故答案为：Fe+4H⁺+NO₃^-=Fe³⁺+NO↑+2H₂O；
（2）①放电时，该装置是原电池，Fe元素化合价由+3价变为+2价，得电子发生还原反应，所以该电极是正极，电极反应式为FePO₄+e^-+Li⁺=LiFePO₄，
故答案为：Li⁺+FePO₄+e^-=LiFePO₄；
②制备锂电池正极材料LiFePO₄．需要防止亚铁被氧化分析，焙烧过程中N₂的作用是防止生成的Fe²⁺在空气中重新被氧化；红褐色可能是晶体在下层了氢氧化铁胶体，
故答案为：防止生成的Fe²⁺在空气中重新被氧化；Fe（OH）₃（或氢氧化铁）；
（3）①步骤Ⅰ为白磷的工业生产方法之一，发生反应2Ca₃（PO₄）₂+6SiO₂+10C→P₄↑+6CaSiO₃+10CO↑，反应中C中的碳化合价升高，做还原剂，
故答案为：做还原剂；
②Cu元素的化合价由+2价降低到+1价，CuSO₄是氧化剂，P₄部分磷元素由0价降低到-3价，部分磷元素由0价升高到+5价，磷元素的化合价既升高又降低，所以P₄既是氧化剂又是还原剂，若有11molP₄参加反应，其中5mol的P₄做氧化剂，60mol硫酸铜做氧化剂，只有6mol的P₄做还原剂，则由电子守恒可知，有1 mol的CuSO₄参加反应，则被硫酸铜氧化的白磷分子的物质的量为n则：n×4（5-0）=1mol×（2-1），解得n=$\frac{1}{20}$mol=0.05mol，
故答案为：0.05mol；
③磷酸为三元酸与氢氧化钙反应，依据磷酸与氢氧化钙量不同，得到的产物可能是：Ca₃（PO₄）₂、CaHPO₄、Ca（H₂PO₄）₂，
故答案为：CaHPO₄、Ca（H₂PO₄）₂．

点评 本题依据N、P及其化合物的转化为情境考查了氧化还原反应的概念及有关计算，原电池原理分析应用，抓住氧化还原反应得失电子守恒是解题关键，题目难度较大．