Question

1．新型電池在飛速發(fā)展的信息技術(shù)中發(fā)揮著越來越重要的作用．Li₂FeSiO₄是極具發(fā)展?jié)摿Φ男滦弯囯x子電池電極材料，在蘋果的幾款最新型的產(chǎn)品中已經(jīng)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$\frac{\underline{\;惰性氣體\;}}{高溫}$Li₂FeSiO₄+Li₂SO₄+SiO₂
某學習小組按如下實驗流程制備Li₂FeSiO₄并測定所得產(chǎn)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0.2000mol•Lˉ¹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(guān)反應為：MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O，雜質(zhì)不與酸性KMnO₄標準溶液反應．經(jīng)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	21.38mL	20.02mL

（1）實驗（一） 中：①操作Ⅱ的步驟為蒸發(fā)濃縮，降溫結(jié)晶，過濾
②制備Li₂FeSiO₄時必須在惰性氣體氛圍中進行，其原因是防止二價鐵被氧化
（2）實驗（二） 中：①儀器名稱：儀器C酸式滴定管
②還原劑A可用SO₂，寫出該反應的離子方程式SO₂+2Fe³⁺+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺，此時“后續(xù)處理”主要為加熱煮沸，其目的是除去過量的SO₂，以免影響后面Fe²⁺的測定
③滴定終點時現(xiàn)象為溶液變?yōu)闇\紅色，且半分鐘內(nèi)不變色；根據(jù)滴定結(jié)果，可確定產(chǎn)品中Li₂FeSiO₄的質(zhì)量分數(shù)為81.00%；若滴定前滴定管尖嘴處有氣泡，滴定后消失，會使測得的Li₂FeSiO₄含量偏高（填“偏高”、“偏低”或“不變”）．

Answer 1

分析 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(fā)濃縮，降溫結(jié)晶，過濾洗滌得到FeSO₄•7H₂O，隔絕空氣加熱分解得到硫酸亞鐵固體，和Li₂SiO₃反應得到Li₂FeSiO₄，
實驗（二） Li₂FeSiO₄含量測定：取20.00g產(chǎn)品灼燒后加入足量稀硫酸溶解溶液轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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0.2000mol•Lˉ¹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(guān)反應為：MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O，雜質(zhì)不與酸性KMnO₄標準溶液反應，測定溶液體積，結(jié)合化學方程式定量關(guān)系計算，
（1）①操作Ⅱ是溶液中得到硫酸亞鐵晶體的實驗操作，蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾洗滌得到；
依據(jù)亞鐵離子具有還原性分析；
（2）①實驗二中儀器B為配制溶液需要的容量瓶，儀器C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需要盛放在酸式滴定管中；
②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，此時后續(xù)操作應除去過量的SO₂；
③滴定實驗反應終點的判斷是依據(jù)高錳酸鉀溶液滴入最后一滴溶液呈淺紅色且半分鐘不變化，依據(jù)反應定量關(guān)系和實驗數(shù)據(jù)計算產(chǎn)品中Li₂FeSiO₄的質(zhì)量分數(shù)，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；

解答 解：（1）①操作Ⅱ是溶液中得到硫酸亞鐵晶體的實驗操作，蒸發(fā)濃縮，降溫結(jié)晶，過濾洗滌得到，
故答案為：蒸發(fā)濃縮，降溫結(jié)晶，過濾；
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，
故答案為：防止二價鐵被氧化；
（2）①實驗二中儀器B為配制溶液需要的容量瓶，得到含F(xiàn)e²⁺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，
故答案為：酸式滴定管；
②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⁺+SO₄^2-+4H⁺，此時后續(xù)操作應除去過量的SO₂以免影響后面Fe²⁺的測定，
故答案為：SO₂+2Fe³⁺+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺；除去過量的SO₂，以免影響后面Fe²⁺的測定；
③滴定實驗反應終點的判斷是依據(jù)高錳酸鉀溶液滴入最后一滴溶液呈淺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•Lˉ¹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(guān)反應為：MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O，雜質(zhì)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(jié)合離子反應的定量關(guān)系計算，V（標準）=$\frac{20.00+19.98+20.02}{3}$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(zhì)的量=0.0200mol×$\frac{100}{20}$=0.1000mol，
產(chǎn)品中Li₂FeSiO₄的質(zhì)量分數(shù)=$\frac{0.1mol×162g/mol}{20.00g}$×100%=81.00%，
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，
故答案為：溶液變?yōu)闇\紅色，且半分鐘內(nèi)不變色；81.00%；偏高；

點評 本題考查了物質(zhì)制備、物質(zhì)含量測定和滴定實驗過程的分析應用，注意實驗基本操作的理解應用，掌握基礎是解題關(guān)鍵，題目難度中等．