Question

【題目】新型電池在飛速發展的信息技術中發揮著越來越重要的作用。

Li2FeSiO4是極具發展潛力的新型鋰離子電池電極材料，在蘋果的幾款最新型的產品中已經有了一定程度的應用。其中一種制備Li2FeSiO4的方法為：

固相法：2Li2SiO3＋FeSO4＝Li2FeSiO4＋Li2SO4＋SiO2

某學習小組按如下實驗流程制備Li2FeSiO4并測定所得產品中Li2FeSiO4的含量。

實驗（一）制備流程：

實驗（二）Li2FeSiO4含量測定：

從儀器B中取20.00mL溶液至錐形瓶中，另取0.20molL－1的酸性KMnO4標準溶液裝入儀器C中，用氧化還原滴定法測定Fe2＋含量，雜質不與酸性KMnO4標準溶液反應。經4次滴定，每次消耗KMnO4溶液的體積如下：

實驗序號	1	2	3	4
消耗KMnO4溶液體積	20.00mL	19.98mL	22.40mL	20.02mL

（1）實驗（二）中的儀器名稱：儀器B____，儀器C____。

（2）制備Li2FeSiO4時必須在惰性氣體氛圍中進行，其原因是____。

（3）在操作Ⅰ時，所需用到的玻璃儀器中，除了普通漏斗、燒杯外，還需____；

（4）操作Ⅱ的步驟是：__、__、過濾、洗滌。

（5）還原劑A可用SO2，寫出該反應的離子方程式____，此時后續處理的主要目的是____。

（6）滴定終點時現象為____；根據滴定結果，可確定產品中Li2FeSiO4的質量分數為____；若滴定前滴定管尖嘴處有氣泡，滴定后消失，會使測得的Li2FeSiO4含量____(填“偏高”、“偏低”或“不變”)。

Answer 1

【答案】100mL容量瓶酸式滴定管防止二價鐵被氧化玻璃棒蒸發濃縮冷卻結晶SO2＋2Fe3+＋2H2O＝2Fe2+＋SO42-＋4H+除去過量的SO2，以免影響后面Fe2+的測定溶液變為紫紅色，且半分鐘內不變色81%偏高

【解析】

實驗(一)制備流程：廢鐵屑加入稀硫酸過濾得到溶液中通過蒸發濃縮，降溫結晶，過濾洗滌得到FeSO47H2O，隔絕空氣加熱分計算得出到硫酸亞鐵固體，和Li2SiO3反應得到Li2FeSiO4；
實驗(二) Li2FeSiO4含量測定：取20.00g產品灼燒后加入足量稀硫酸溶解溶液轉移到燒杯中，加入足量還原劑A可用SO2，還原鐵離子為亞鐵離子，加熱煮沸除去過量的SO2，以免影響后面Fe2+的測定，轉移到儀器B為100mL容量瓶中配制得到準確體積和濃度的溶液，從儀器B中取20.00mL溶液至錐形瓶中，另取0.20molL－1的酸性KMnO4標準溶液裝入儀器C中，用氧化還原滴定法測定Fe2+含量。相關反應為：MnO4-＋5Fe3+＋8H+＝Mn2++5Fe2+＋4H2O，雜質不與酸性KMnO4標準溶液反應，測定溶液體積，結合化學方程式定量關系計算，以此分析解答。

(1) 實驗二中儀器B為配制溶液需要的容量瓶，得到含Fe2+離子的溶液100mL，需要儀器為100mL容量瓶，儀器C中為滴定實驗所用的標準溶液，標準溶液為高錳酸鉀溶液具有氧化性能腐蝕橡膠管，需要盛放在酸式滴定管中，名稱為酸式滴定管，
因此，本題正確答案是：100mL容量瓶；酸式滴定管；
（2）固相法中制備Li2FeSiO4的過程必須在惰性氣體氛圍中進行，因為亞鐵離子具有還原性，易被氧化，所以惰性氣體氛圍中是為了防止亞鐵離子被氧化，
因此，本題正確答案是：防止二價鐵被氧化；
（3）操作Ⅰ是分離固體和溶液的方法需要過濾，結合過濾裝置選擇儀器有普通漏斗、燒杯、玻璃棒，

因此，本題正確答案是：玻璃棒；

（4）操作Ⅱ是溶液中得到硫酸亞鐵晶體的實驗操作,蒸發濃縮,降溫結晶，過濾洗滌得到，
因此，本題正確答案是：蒸發濃縮；降溫結晶；

（5）還原劑A可用SO2，二氧化硫具有還原性被鐵離子氧化為硫酸，反應的離子方程式為：SO2＋2Fe3+＋2H2O＝2Fe2+＋SO42-＋4H+，此時后續操作應除去過量的SO2以免影響后面Fe2+的測定，
因此，本題正確答案是：SO2＋2Fe3+＋2H2O＝2Fe2+＋SO42-＋4H+；除去過量的SO2，以免影響后面Fe2+的測定；
（6）滴定實驗反應終點的判斷是依據高錳酸鉀溶液滴入最后一滴溶液呈紫紅色且半分鐘不變化，從儀器B中取20.00mL溶液至錐形瓶中，另取0.2000mol·L-1的酸性KMnO4標準溶液裝入儀器C中，用氧化還原滴定法測定Fe2+含量。相關反應為：MnO4-+5Fe2++8H+=Mn2++5Fe3++4H2O，雜質不與酸性KMnO4標準溶液反應．消耗高錳酸鉀溶液體積第3次誤差較大舍去，計算平均消耗溶液體積，結合離子反應的定量關系計算，V(標準)=ml=20.00ml，鐵元素守恒計算

MnO4-+5Fe2++8H+=Mn2++5Fe3++4H2O

5Li2FeSiO4～5Fe2+～MnO4-，

5 1

n 0.2000mol/L×0.020L

n=0.0200mol。

100ml溶液中含物質的量=0.0200mol×=0.1000mol，

產品中Li2FeSiO4的質量分數=×100%=81%，

滴定前酸式滴定管尖端氣泡未排除，滴定后氣泡消失，會造成V(標準)偏大，會造成c(待測)偏高，

因此，本題正確答案是：溶液變為紫紅色，且半分鐘內不變色；81%；偏高。