Question

14．硅酸亚铁锂（Li₂FeSiO₄）是极具发展潜力的新型锂离子电池电极材料．某学习小组按如下实验流程制备 Li₂FeSiO₄ 并测定所得产品中 Li₂FeSiO₄ 的含量．

（1）溶解时稀硫酸所起的作用是抑制Fe²⁺和NH₄⁺水解．
（2）过滤所得沉淀为 FeC₂O₄•2H₂O，将其在氩气气氛中进行热重分析，结果如图2（TG%表示残留固体质量占原样品总质量的百分数）．则：B 点对应温度时，所得固体的化学式为FeC₂O₄．
（3）制备时必须在惰性气体氛围高温反应 8 小时，其反应的化学方程式为FeC₂O₄•2H₂O+Li₂CO₃+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Li₂FeSiO₄+2CO₂↑+CO↑+2H₂O．
（4）取 20.00g Li₂FeSiO₄ 产品在空气中充分灼烧，冷却后加足量的稀硫酸充分溶解，再向溶液中通入足量的 SO₂待充分反应后煮沸，冷却后加水稀释得 100mL 含 Fe²⁺的溶液．取 20.00mL 该溶液至锥形瓶中用 0.2000mol•Lˉ¹ 的酸性 KMnO₄ 标准溶液进行滴定（MnO₄^-被还原为 Mn²⁺），终点时消耗KMnO₄ 标准溶液的体积为 20.00mL．计算产品中 Li₂FeSiO₄ 的质量分数．

Answer 1

分析 （1）溶液中Fe²⁺和 NH₄⁺水解，加入少量硫酸，抑制Fe²⁺和 NH₄⁺水解；
（2）由图可知，加热生成B时剩余固体为80%，损失20%，FeC₂O₄.2H₂O中结晶水的质量为$\frac{36}{180}$×100%=20%，故A→B发生反应是FeC₂O₄.2H₂O加热失去结晶水；
（3）制备时必须在惰性气体氛围高温反应 8 小时，FeC₂O₄•2H₂O和Li₂CO₃、SiO₂ 混合反应生成 Li₂FeSiO₄、CO₂、CO和H₂O；
（4）根据铁守恒结合滴定的方程式即MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O进行计算．

解答 解：（1）溶液中Fe²⁺和 NH₄⁺水解，加入少量硫酸，抑制Fe²⁺和 NH₄⁺水解，所以溶解时稀硫酸所起的作用是抑制Fe²⁺和 NH₄⁺水解；
故答案为：抑制Fe²⁺和 NH₄⁺水解；
（2）由图可知，加热生成B时剩余固体为80%，损失20%，FeC₂O₄.2H₂O中结晶水的质量为$\frac{36}{180}$×100%=20%，故A→B发生反应是FeC₂O₄.2H₂O加热失去结晶水，所以B 点对应温度时，所得固体的化学式为 FeC₂O₄，故答案为：FeC₂O₄；
（3）制备时必须在惰性气体氛围高温反应 8 小时，则FeC₂O₄•2H₂O和Li₂CO₃、SiO₂ 混合反应生成 Li₂FeSiO₄、CO₂、CO和H₂O，发生的化学方程式为：FeC₂O₄•2H₂O+Li₂CO₃+SiO₂ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Li₂FeSiO₄+2 CO₂↑+CO↑+2H₂O，
故答案为：FeC₂O₄•2H₂O+Li₂CO₃+SiO₂ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Li₂FeSiO₄+2 CO₂↑+CO↑+2H₂O；
（4）根据滴定的方程式：MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O及铁原子守恒，
则有5Li₂FeSiO₄～5Fe²⁺～MnO₄^-
5                            1
            n                     0.2000mol•Lˉ¹×0.02L×$\frac{100}{20}$
 则n=0.2000mol•Lˉ¹×0.02L×$\frac{100}{20}$×5=0.1mol，所以产品中 Li₂FeSiO₄ 的质量分数为$\frac{0.1mol×162g/mol}{20.00g}$×100%=81.0%，
答：产品中 Li₂FeSiO₄ 的质量分数为81.0%．

点评 本题以Li₂FeSiO₄制备为载体，考查盐类水解、方程式计算、化学计算等，难点为（2）根据计算判断各阶段发生的反应是解题的关键，难度较大．