Question

9．某種電池的正極材料，可通過下列方法制得：
①稱取一定量的固體鐵氧體磁性材料溶于過量鹽酸，接著先后加入雙氧水和氫氧化鈉溶液，靜置24h，過濾
②將沉淀加入反應瓶中，加入過量的氫氟酸溶液，80℃恒溫加熱24ha
③蒸發多余氫氟酸和水，得淡紅色FeF₃凝膠
④在干燥箱中，以100℃預處理6h，最后摻入鐵氧體磁性材料混合研磨制得正極材料
（1）加入雙氧水的作用是H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O（用離子方程式表示）
（2）步驟②的反應瓶材質可能是C（填序號）
A．玻璃　B．陶瓷　C．聚四氟乙烯
（3）加氫氟酸反生反應的化學方程式為Fe（OH）₃+3HF=FeF₃+3H₂O
（4）從安全的角度考慮，在實驗室里制三氟化鐵時應在通風櫥中進行
（5）三氟化鐵與Li在固體電解質鐵氧體中發生置換反應，產生的電流可供電腦使用，該電池反應的化學方程式為FeF₃+3Li=Fe+3LiF
（6）取上述鐵氧體樣品溶于足量鹽酸，在通入標準狀況下672mL C1₂，Fe²⁺恰好被完全氧化成Fe^3十，然后把溶液蒸干，灼燒至恒重得9． 6g固體，則該鐵氧體的化學式為2FeO•Fe₂O₃或Fe₄O₅．

Answer 1

分析 （1）H₂O₂與亞鐵離子反應生成三價鐵離子；
（2）氫氟酸能與玻璃及陶瓷中的二氧化硅反應；
（3）氫氧化鈉與三價鐵離子反應生成氫氧化鐵，再加HF，生成FeF₃和水；
（4）HF屬于有毒的氣體，則制備三氟化鐵時應在通風櫥中進行；
（5）三氟化鐵與Li發生置換反應生成Fe和LiF；
（6）根據C1₂的物質的量求出亞鐵離子的物質的量，根據氧化鐵的質量求出Fe元素的總物質的量，n（Fe）-n（Fe²⁺）=n（Fe³⁺），由亞鐵離子與鐵離子的物質的量之比求出鐵氧體中FeO與Fe₂O₃的個數比，據此確定鐵氧體的化學式．

解答 解：（1）固體鐵氧體磁性材料溶于過量鹽酸，所得溶液中含有亞鐵離子，接著加入H₂O₂，H₂O₂與亞鐵離子反應生成三價鐵離子，其反應的離子方程式為：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（2）步驟②將沉淀加入反應瓶中，加入過量的氫氟酸溶液反應，由于氫氟酸能與玻璃及陶瓷中的二氧化硅反應，所以反應瓶材質應該為聚四氟乙烯，
故答案為：C；
（3）氫氧化鈉與三價鐵離子反應生成氫氧化鐵，再加HF，生成FeF₃和水，則加氫氟酸反生反應的化學方程式為Fe（OH）₃+3HF=FeF₃+3H₂O，
故答案為：Fe（OH）₃+3HF=FeF₃+3H₂O；
（4）HF屬于有毒的氣體，為了防止中毒，則制備三氟化鐵時應在通風櫥中進行，故答案為：通風櫥；
（5）三氟化鐵與Li在固體電解質鐵氧體中發生置換反應生成Fe和LiF，該電池反應的化學方程式為FeF₃+3Li=Fe+3LiF，故答案為：FeF₃+3Li=Fe+3LiF；
（6）取上述鐵氧體樣品溶于足量鹽酸，在通入標準狀況下672mL C1₂，則氯氣的物質的量為0.03mol，
由2Fe²⁺+Cl₂=2Fe³⁺+2Cl^-，可知Fe²⁺為0.06mol，則原鐵氧體樣品中n（FeO）=0.06mol，
把溶液蒸干，灼燒至恒重得9.6g固體為Fe₂O₃，則n（Fe₂O₃）=$\frac{9.6g}{160g/mol}$=0.06mol，則原來溶液中Fe元素共0.06×2=0.12mol，
所以原來溶液中n（Fe³⁺）=n（Fe）-n（Fe²⁺）=0.12mol-0.06mol=0.06mol，則原鐵氧體樣品中n（Fe₂O₃）=0.06mol×$\frac{1}{2}$=0.03，
所以原鐵氧體樣品中n（FeO）：n（Fe₂O₃）=0.06mol：0.03mol=2：1，故鐵氧體的化學式為2FeO•Fe₂O₃或Fe₄O₅；
故答案為：2FeO•Fe₂O₃或Fe₄O₅．

點評 本題考查了物質制備方案的設計實驗，涉及氧化還原反應、方程式的書寫、物質的量的有關計算、元素化合物的性質等，題目側重于考查學生對基礎知識的綜合應用能力，題目難度中等．