Question

1．草酸亞鐵廣泛用于涂料、染料及感光材料的生產，也是合成鋰離子電池正極材料磷酸亞鐵鋰的原料．某工廠采用煉鋼廠的脫硫渣（主要成分為Fe₂O₃）生產電池級草酸亞鐵晶體的工藝流程如下：

（1）“還原”過程中反應的離子方程式為Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺、Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑．
（2）濾渣2中含有的TiOSO₄在熱水中易水解，生成H₂TiO₃沉淀，該反應的化學方程式為TiOSO₄+H₂O=H₂TiO₃↓+H₂SO₄．
（3）“濾液”經處理后得到一種農業上常用的化肥，其名稱是硫酸銨．
（4）流程圖中“□”應進行的操作步驟的名稱是洗滌、干燥．
（5）如圖是反應溫度、加料時間及分散劑的質量分數對草酸亞鐵純度的影響：

從圖象可知，制備電池級草酸亞鐵晶體的最佳實驗條件是：反應溫度為40℃，加料時間為25min，分散劑的質量分數為20%．
（6）草酸亞鐵晶體（FeC₂O₄•2H₂O）純度的測定：準確稱取ω g草酸亞鐵晶體于錐形瓶中，加入一定量的稀硫酸溶解，并加熱至50℃，用c mol．L^-1KMnO₄標準溶液滴定，達到滴定終點時，用去V mL標準溶液．滴定反應為（未配平）：FeC₂O₄•2H₂O+KMnO₄+H₂SO₄→Fe₂（SO₄）₃+CO₂↑+MnSO₄+K₂SO₄+H₂O
則FeC₂O₄•2H₂O的純度為$\frac{30cV}{w}$%（用含有ω、c、V的代數式表示）．

Answer 1

分析 脫硫渣（主要成分為 Fe₂O₃ ）用硫酸溶解，過濾除去不溶物，濾液中主要含有硫酸鐵、硫酸等，進入鐵粉還原得到硫酸亞鐵，過濾分離，濾液中通入氨氣，得到氫氧化亞鐵沉淀，過濾分離，濾液中含有硫酸銨，氫氧化亞鐵與草酸化合得到草酸亞鐵，再經過過濾、洗滌、干燥得到草酸亞鐵晶體．
（1）硫酸鐵與Fe反應生成硫酸亞鐵，硫酸與Fe反應生成硫酸亞鐵與氫氣；
（2）TiOSO₄水解能生成 H₂TiO₃沉淀，還生成硫酸；
（3）濾液中含有硫酸銨；
（4）過濾后，再經過洗滌、干燥得到草酸亞鐵晶體；
（5）應選擇純度最高時的溫度、加料時間、分散劑的質量分數；
（6）反應方程式為：10FeC₂O₄•2H₂O+6KMnO₄+24 H₂SO₄=5Fe₂（SO₄）₃+20 CO₂↑+6MnSO₄+3K₂SO₄+24H₂O，結合方程式計算．

解答 解：脫硫渣（主要成分為 Fe₂O₃ ）用硫酸溶解，過濾除去不溶物，濾液中主要含有硫酸鐵、硫酸等，進入鐵粉還原得到硫酸亞鐵，過濾分離，濾液中通入氨氣，得到氫氧化亞鐵沉淀，過濾分離，濾液中含有硫酸銨，氫氧化亞鐵與草酸化合得到草酸亞鐵，再經過過濾、洗滌、干燥得到草酸亞鐵晶體．
（1）“還原”過程中反應的離子方程式還有：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，
故答案為：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺；
（2）TiOSO₄水解能生成 H₂TiO₃沉淀，還生成硫酸，反應方程式為：TiOSO₄+H₂O=H₂TiO₃↓+H₂SO₄，
故答案為：TiOSO₄+H₂O=H₂TiO₃↓+H₂SO₄；
（3）濾液中含有硫酸銨，經處理后得到一種農業上常用的化肥，
故答案為：硫酸銨；
（4）過濾后，再經過洗滌、干燥得到草酸亞鐵晶體，
故答案為：洗滌、干燥；
（5）從圖象可知，反應溫度40℃純度最高，在加料時間為 25min、分散劑的質量分數為20%，純度最佳，
故答案為：40；25；20%；
（6）配平后反應方程式為：10FeC₂O₄•2H₂O+6KMnO₄+24 H₂SO₄=5Fe₂（SO₄）₃+20 CO₂↑+6MnSO₄+3K₂SO₄+24H₂O，可知n（FeC₂O₄•2H₂O）=$\frac{10}{6}$n（KMnO₄）=$\frac{10}{6}$×V×10^-3 L×c mol•L^-1，
故m（FeC₂O₄•2H₂O）=$\frac{10}{6}$×V×10^-3 L×c mol•L^-1×180g/mol=0.3cV g，
故FeC₂O₄•2H₂O的純度為$\frac{0.3cVg}{wg}$×100%=$\frac{30cV}{w}$%，
故答案為：$\frac{30cV}{w}$．

點評 本題考查物質準備工藝流程、物質含量測定、物質的分離提純、對條件控制的選擇、氧化還原反應滴定等，需要學生具備扎實的基礎，是對學生綜合能力的考查，題目難度中等．