Question

15．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+FeSO₄$\frac{\underline{\;惰性气体\;}}{高温}$Li₂FeSiO₄+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20.00mL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．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	20.00mL	19.98mL	21.38mL	20.02mL

（1）实验（二）中的仪器名称：仪器B100ml容量瓶，仪器C酸式滴定管．
（2）制备Li₂FeSiO₄时必须在惰性气体氛围中进行，其原因是防止二价铁被氧化．
（3）操作Ⅱ的步骤蒸发浓缩，降温结晶，过滤，在操作Ⅰ时，所需用到的玻璃仪器中，除了普通漏斗、烧杯外，还需玻璃棒．
（4）还原剂A可用SO₂，写出该反应的离子方程式SO₂+2Fe³⁺+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺，此时后续处理的主要目的是除去过量的SO₂，以免影响后面Fe²⁺的测定．
（5）滴定终点时现象为溶液变为浅红色，且半分钟内不变色；根据滴定结果，可确定产品中Li₂FeSiO₄的质量分数为81%；若滴定前滴定管尖嘴处有气泡，滴定后消失，会使测得的Li₂FeSiO₄含量偏高．（填“偏高”、“偏低”或“不变”）．

Answer 1

分析 （1）实验二中仪器B为配制溶液需要的容量瓶，仪器C为滴定实验所用的标准溶液，标准溶液为高锰酸钾溶液具有氧化性需要盛放在酸式滴定管中；
（2）依据亚铁离子具有还原性分析；
（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，冷却结晶，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；
（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，此时后续操作应除去过量的SO₂；
（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，依据反应定量关系和实验数据计算产品中Li₂FeSiO₄的质量分数，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c（待测）偏高；

解答 解：（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为滴定实验所用的标准溶液，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⁺+SO₄^2-+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⁺+SO₄^2-+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）=$\frac{20.00+19.98+20.02}{3}$ml=20.00ml，铁元素守恒计算
MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O
5Li₂FeSiO₄～5Fe²⁺～MnO₄^-，
5                   1
n                 0.2000mol/L×0.020L
n=0.0200mol
100ml溶液中含物质的量=0.0200mol×$\frac{100}{20}$=0.1000mol，
产品中Li₂FeSiO₄的质量分数=$\frac{0.1mol×162g/mol}{20.00g}$×100%=81.00%，
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c（待测）偏高，
故答案为：溶液变为浅红色，且半分钟内不变色；81.00%；偏高；

点评 本题考查了物质制备、物质含量测定和滴定实验过程的分析应用，注意实验基本操作的理解应用，掌握基础是解题关键，题目难度中等．