Question

近年来，FePO₄作为制备锂离子电池正极材料LiFePO₄的重要原料而成为研究热点。一种以FeCl₃、H₃PO₄、氨水为主要原料制备FePO₄的流程如下图。

已知：H₃PO₄是弱电解质     

(1)将FeCl₃溶液与H₃PO₄溶液按混合，没有明显现象，逐渐滴加氨水至pH = 1.5左右，生成FePO₄·2H₂O沉淀。

①操作a为______。

②生成FePO₄·2H₂O的离子方程式是______。

③控制氨水用量，避免因pH偏高而产生______杂质。

(2)测定产物样品中铁元素的质量分数，主要步骤如下：

i．取a g样品，加入过量盐酸充分溶解，再滴加SnCl₂(还原剂)至溶液呈浅黄色；

ii．加入TiCl₃，恰好将i中残余的少量Fe³⁺还原为Fe²⁺；

iii．用c mol·L^–1 K₂Cr₂O₇标准溶液滴定Fe²⁺，消耗v mLK₂Cr₂O₇标准溶液。

①将步骤iii的离子方程式补充完整：

____+____Fe²⁺+___=____Cr³⁺+____Fe³⁺+____；

②产物中铁元素的质量分数为_____。

Answer

过滤 Fe3++H3PO4+3NH3•H2OFePO4•2H2O↓+3+H2O Fe(OH)3 1 6 14H+ 2 6 7H2O

【解析】

向FeCl3和H3PO4的混合溶液中加入氨水并水浴加热，由于H3PO4为弱电解质，在水中电离程度较小导致磷酸铁的产率不高，向溶液中加入氨水，氨水可以和磷酸反应生成磷酸根，同时水浴加热加快反应速率，使磷酸铁的产率升高，据此分析。

(1)①将制得的悬浊液通过过滤的方式将固体和液体分开，得到FePO4·2H2O固体，故答案为：过滤；

②生成磷酸铁的离子方程式为Fe3++H3PO4+3NH3·H2OFePO4·2H2O↓+3+H2O；

③在滴加氨水的过程中需要控制溶液pH，因氨水呈碱性，氨水中的一水合氨电离出的氢氧根可以与溶液中的Fe3+反应生成沉淀，因此需要控制溶液pH，以保证溶液中的Fe3+全部转化为磷酸铁，故答案为Fe(OH)3；

(2)①利用化合价升降法配平化学方程式；根据题目中所给出的反应物与生成物可知，生成物中存在铁离子和铬离子，因此反应应该在酸性环境下进行，反应前溶液中含有大量的H+，故方程式中反应前有H+参加反应，反应后生成水；反应前后中的Cr元素的化合价从+6下降到+3，Fe元素的化合价从+2上升到+3，根据反应前后得失电子守恒计算，正确配平的离子方程式为+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O；

②根据上题的化学方程式，与Fe2+的物质的量关系为1:6，说明每消耗1mol需要消耗Fe2+ 6mol，因此，消耗浓度为c的重铬酸钾标准溶液v mL，则溶液中含有6cv×10-3mol的Fe2+，故原样品中含有6cv×10-3mol的Fe，原样品中Fe的质量分数为=。