Question

新型电池在飞速发展的信息技术中发挥着越来越重要的作用。Li₂FeSiO₄是极具发展潜力的新型锂离子电池电极材料，在苹果的几款最新型的产品中已经有了一定程度的应用。其中一种制备Li₂FeSiO₄的方法为：固相法：2Li₂SiO₃＋FeSO₄Li₂FeSiO₄＋Li₂SO₄＋SiO₂

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。

实验(一)制备流程：

实验(二) Li₂FeSiO₄含量测定：

从仪器B中取20.00 mL溶液至锥形瓶中，另取0.2000 mol·Lˉ¹的酸性KMnO₄标准溶液装入仪器C中，用氧化还原滴定法测定Fe²⁺含量。相关反应为：MnO₄^- +5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O，杂质不与酸性KMnO₄标准溶液反应。经4次滴定，每次消耗KMnO₄溶液的体积如下：

实验序号	1	2	3	4
消耗KMnO4溶液体积	20.00 mL	19.98mL	21.38mL	20.02mL

（1）实验(二)中的仪器名称：仪器B____________，仪器C__________。

（2）制备Li₂FeSiO₄时必须在惰性气体氛围中进行，其原因是______________________。

（3）操作Ⅱ的步骤______________，在操作Ⅰ时，所需用到的玻璃仪器中，除了普通漏斗、烧杯外，还需_______________。

（4）还原剂A可用SO₂，写出该反应的离子方程式_____________________，此时后续处理的主要目的是_________________________。

（5）滴定终点时现象为________________________________；根据滴定结果，可确定产品中Li₂FeSiO₄的质量分数为_______________；若滴定前滴定管尖嘴处有气泡，滴定后消失，会使测得的Li₂FeSiO₄含量_______________。（填“偏高”、“偏低”或“不变”）。

Answer

100mL容量瓶 酸式滴定管 防止二价铁被氧化 蒸发浓缩，冷却结晶，过滤 玻璃棒 SO2+2Fe3++2H2O=2Fe2++SO42-+4H+ 除去过量的SO2，以免影响后面Fe2+的测定 溶液变为浅红色，且半分钟内不变色 81 % 偏高

【解析】

实验（一）制备流程：废铁屑中加入稀硫酸，铁和硫酸反应生成硫酸亚铁，过滤后从滤液中获得绿矾晶体，然后使绿矾失去结晶水得到硫酸亚铁，硫酸亚铁固体和亚硅酸锂固体在惰性气体保护下高温反应得到Li2FeSiO4。

实验（二）Li2FeSiO4含量测定：取20.00g产品于坩埚中，灼烧后加入足量稀硫酸，充分反应后转移入烧杯中，通入足量的二氧化硫，把铁元素全部转化为+2价，用一定浓度的高锰酸钾溶液滴定含亚铁离子的溶液，测定的Li2FeSiO4含量。

（1）实验二中仪器B为配制溶液需要的容量瓶，得到含Fe2+离子的溶液100mL，需要仪器为100mL容量瓶，仪器C为滴定实验装标准溶液的仪器，标准溶液为高锰酸钾溶液具有氧化性能腐蚀橡胶管，需要盛放在酸式滴定管中，故答案为100mL容量瓶，酸式滴定管；

（2）固相法中制备Li2FeSiO4的过程必须在惰性气体氛围中进行，因为亚铁离子具有还原性，易被氧化，所以惰性气体氛围中是为了防止亚铁离子被氧化，故答案为防止二价铁被氧化；

（3）操作Ⅱ是溶液中得到硫酸亚铁晶体的实验操作，蒸发浓缩，降温结晶，过滤洗涤得到；操作Ⅰ是分离固体和溶液的方法，需要过滤，结合过滤装置选择仪器有普通漏斗、烧杯、玻璃棒，故答案为蒸发浓缩，降温结晶，过滤；玻璃棒；

（4）还原剂A可用SO2，二氧化硫具有还原性被铁离子氧化为硫酸，反应的离子方程式为：SO2+2Fe3++2H2O=2Fe2++SO42-+4H+，此时后续操作应除去过量的SO2以免影响后面Fe2+的测定，故答案为SO2+2Fe3++2H2O=2Fe2++SO42-+4H+；除去过量的SO2，以免影响后面Fe2+的测定；

（5）滴定实验反应终点的判断是依据高锰酸钾溶液滴入最后一滴溶液呈浅红色且半分钟不变化，从仪器B中取20.00mL溶液至锥形瓶中，另取0.2000mol•Lˉ1的酸性KMnO4标准溶液装入仪器C中，用氧化还原滴定法测定Fe2+含量。相关反应为：MnO4-+5Fe2++8H+=Mn2++5Fe3++4H2O，杂质不与酸性KMnO4标准溶液反应．消耗高锰酸钾溶液体积第3次误差较大舍去，计算平均消耗溶液体积，结合离子反应的定量关系计算，V(标准)=mL=20.00mL，铁元素守恒计算

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

，

n=0.0200mol

100mL溶液中含物质的量=0.0200mol×=0.1000mol，

产品中Li2FeSiO4的质量分数=×100%=81%，

滴定前酸式滴定管尖端气泡未排除，滴定后气泡消失，会造成V(标准)偏大，会造成Li2FeSiO4的含量偏高，

故答案为溶液变为浅红色，且半分钟内不变色；81%；偏高；