Question

【題目】LiFePO4可作為新型鋰離子也池的正極材料。以鈦鐵礦(主要成分為FeTiO3、Fe2O3及少量CuO、SiO2雜質(zhì))為主要原料生產(chǎn)TiOSO4，同時得到的綠礬(FeSO4·7H2O)與磷酸和LiOH反應(yīng)可制各 LiFePO4， LiFePO4的制備流程如下圖所示：

請回答下列問題：

(1)酸溶時 FeTiO3與硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式可表示為____________________。

(2)①加鐵屑還原的目的是__________，②過濾前需要檢驗(yàn)還原是否完全，其實(shí)驗(yàn)操作可描述為_________。

(3)①“反應(yīng)”需要按照一定的順序加入FeSO4溶液、磷酸和LiOH，其加入順序應(yīng)為____________________，②其理由是______________________________。

(4)濾渣中的銅提純后可用于制取Cu2O，Cu2O是一種半導(dǎo)體材料，基于綠色化學(xué)理念設(shè)計(jì)的制取Cu2O的電解池示意圖如下，電解總反應(yīng)：2Cu+H2OCu2O+H2↑。則該裝置中銅電極應(yīng)連接直流電源的__________極，石墨電極的電極反應(yīng)式為____________________，當(dāng)有0. 1mol Cu2O生成時電路中轉(zhuǎn)移__________mol電子。

Answer 1

【答案】FeTiO3+2H2SO4=FeSO4+TiOSO4+2H2O 把鐵離子還原為亞鐵離子，置換出銅 取少量反應(yīng)液于試管中，加入幾滴硫氰化鉀溶液，如果溶液變紅色，說明還原沒有完全，如果溶液不變紅色，說明還原已經(jīng)完全 磷酸 硫酸亞鐵溶液 LiOH 先加磷酸，在酸性環(huán)境可以抑制亞鐵離子的水解、氧化，又避免生成氫氧化鐵沉淀 正 2H2O+2e-=H2↑+2OH- 0.2

【解析】

(1)酸溶時 FeTiO3與硫酸反應(yīng)生成FeSO4和TiOSO4，據(jù)此寫出方程式；

(2)①鐵具有還原性，能夠把鐵離子還原為亞鐵離子，能夠把銅離子還原為銅；

②還原的是否完全，通過檢驗(yàn)反應(yīng)后的溶液中是否含有鐵離子即可，選用試劑硫氰化鉀溶液；

（3）亞鐵離子能夠發(fā)生水解，易被氧氣氧化，需要加酸抑制其水解，據(jù)此分析三種試劑加入的順序；

(4)電解池的陽極與電源的正極相連，發(fā)生氧化反應(yīng)，電解池的陰極與電源的負(fù)極相連，發(fā)生還原反應(yīng)；根據(jù)總反應(yīng)方程式及電子轉(zhuǎn)移數(shù)目進(jìn)行計(jì)算；

(1)酸溶時 FeTiO3與硫酸反應(yīng)生成FeSO4和TiOSO4，化學(xué)方程式為：FeTiO3+2H2SO4=FeSO4+TiOSO4+2H2O；

綜上所述，本題答案是：FeTiO3+2H2SO4=FeSO4+TiOSO4+2H2O。

(2)①鐵具有還原性，能夠與鐵離子、銅離子反應(yīng)；因此加鐵屑的目的是把鐵離子還原為亞鐵離子，并置換出銅；

綜上所述，本題答案是：把鐵離子還原為亞鐵離子，置換出銅。

②加入的還原劑鐵能夠把鐵離子還原為亞鐵離子，能夠把銅離子還原為銅，還原的是否完全，可以通過檢驗(yàn)還原后的溶液中是否存在鐵離子，其操作方法為：取少量反應(yīng)液于試管中，加入幾滴硫氰化鉀溶液，如果溶液變紅色，說明還原沒有完全，如果溶液不變紅色，說明還原已經(jīng)完全；

綜上所述，本題答案是：取少量反應(yīng)液于試管中，加入幾滴硫氰化鉀溶液，如果溶液變紅色，說明還原沒有完全，如果溶液不變紅色，說明還原已經(jīng)完全。

（3）①“反應(yīng)”需要按照磷酸、FeSO4溶液和LiOH順序加入試劑；

綜上所述，本題答案是：磷酸、 硫酸亞鐵溶液、LiOH。

②亞鐵離子能夠發(fā)生水解，易被氧氣氧化，因此先加磷酸，產(chǎn)生酸性環(huán)境，然后再加入FeSO4溶液，在酸性環(huán)境下可以抑制亞鐵離子的水解、氧化，又避免生成氫氧化鐵沉淀；最后加入LiOH；

綜上所述，本題答案是：在酸性環(huán)境可以抑制亞鐵離子的水解、氧化，又避免生成氫氧化鐵沉淀；

(4) 根據(jù)電解總反應(yīng)：2Cu+H2OCu2O+H2↑可知，Cu發(fā)生氧化反應(yīng)，做陽極，應(yīng)與電源的正極相連；石墨電極的為電解池的陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2H2O+2e-=H2↑+2OH-；根據(jù)該反應(yīng)可知2e-~Cu2O，所以當(dāng)有0.1mol Cu2O生成時電路中轉(zhuǎn)移0.2mol電子。

綜上所述，本題答案是：正，2H2O+2e-=H2↑+2OH-， 0.2。