制備鋰離子電池的正極材料的前體FPO4的一種流程如圖1：
資料：i.磷灰石的主要成分是Ca5（PO4）3F
i i.Ca（H2PO4）2可溶于水，CaSO4?2H2O微溶于水
iii.Ksp=（FePO4）=1.3×10-22
iv.Fe3++EDTA4-?[Fe（EDTA）]-
（1）制備H3PO4
①用H3PO4溶液、H2SO4溶液分步浸取磷灰石生成HF、CaSO4?2H2O和H3PO4，主要反應是Ca5（PO4）3F+7H3PO4═5Ca（H2PO4）2+HF↑和 Ca（H2PO4）2+H2SO4+2H2O=CaSO4?2H2O↓+2H3PO4Ca（H2PO4）2+H2SO4+2H2O=CaSO4?2H2O↓+2H3PO4。
②增大酸浸反應速率的措施有 加熱或將礦石粉碎或攪拌或適當提高酸的濃度等加熱或將礦石粉碎或攪拌或適當提高酸的濃度等（只寫1條）。
③其他條件不變時，若僅用H2SO4溶液酸浸，浸取的速率低于用H3PO4、H2SO4分步浸取法，原因是 生成的CaSO4?2H2O固體覆蓋在磷灰石表面，減少了磷灰石與硫酸溶液的接觸面積生成的CaSO4?2H2O固體覆蓋在磷灰石表面，減少了磷灰石與硫酸溶液的接觸面積。
（2）制備FePO4
將H3PO4、FeSO4、H2O2混合并調節(jié)溶液的pH制備FePO4。
①酸性條件下，生成FePO4的離子方程式是 2Fe2++2H3PO4+H2O2=2FePO4↓+2H2O+4H+2Fe2++2H3PO4+H2O2=2FePO4↓+2H2O+4H+。
②含磷各微粒的物質的量分數(shù)與pH的關系如圖2。
pH=1時，溶液中的c（HPO42-）=10-7.3mol/L，則c（PO43-）=10-18.610-18.6mol/L。
再加入FeSO4晶體、H2O2溶液使溶液中的c（Fe3+）=1mol/L，不考慮溶液體積的變化，通過計算說明此時能否產(chǎn)生FePO4沉淀 Qc（FePO4）=1×10-18.6＞Ksp（FePO4），能產(chǎn)生FePO4沉淀Qc（FePO4）=1×10-18.6＞Ksp（FePO4），能產(chǎn)生FePO4沉淀。
③FePO4的純度及顆粒大小會影響其性能，沉淀速率過快容易團聚。
i.研究表明，沉淀時可加入含EDTA4-的溶液，EDTA4-的作用是 發(fā)生反應Fe3++EDTA4-?[Fe（EDTA）]-，使c（Fe3+）降低，減小FePO4的沉淀速率，避免團聚；隨著Fe3+被沉淀，上述平衡逆向移動，生成的Fe3+繼續(xù)被沉淀發(fā)生反應Fe3++EDTA4-?[Fe（EDTA）]-，使c（Fe3+）降低，減小FePO4的沉淀速率，避免團聚；隨著Fe3+被沉淀，上述平衡逆向移動，生成的Fe3+繼續(xù)被沉淀。
i i.其他條件不變時，工業(yè)上選擇pH=2而不是更高的pH制備FePO4，可能的原因是 pH更高時，產(chǎn)品中可能混有Fe（OH）3雜質；pH更高時，c（PO43-）大，可能沉淀速率過快導致團聚pH更高時，產(chǎn)品中可能混有Fe（OH）3雜質；pH更高時，c（PO43-）大，可能沉淀速率過快導致團聚（答出2點）。
【考點】制備實驗方案的設計．
【答案】Ca（H2PO4）2+H2SO4+2H2O=CaSO4?2H2O↓+2H3PO4；加熱或將礦石粉碎或攪拌或適當提高酸的濃度等；生成的CaSO4?2H2O固體覆蓋在磷灰石表面，減少了磷灰石與硫酸溶液的接觸面積；2Fe2++2H3PO4+H2O2=2FePO4↓+2H2O+4H+；10-18.6；Qc（FePO4）=1×10-18.6＞Ksp（FePO4），能產(chǎn)生FePO4沉淀；發(fā)生反應Fe3++EDTA4-?[Fe（EDTA）]-，使c（Fe3+）降低，減小FePO4的沉淀速率，避免團聚；隨著Fe3+被沉淀，上述平衡逆向移動，生成的Fe3+繼續(xù)被沉淀；pH更高時，產(chǎn)品中可能混有Fe（OH）3雜質；pH更高時，c（PO43-）大，可能沉淀速率過快導致團聚
【解答】
【點評】
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發(fā)布：2024/6/27 10:35:59組卷：113引用：5難度：0.5
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1．硫鐵礦燒渣是硫鐵礦生產(chǎn)硫酸過程中產(chǎn)生的工業(yè)廢渣（主要含F(xiàn)e2O3及少量SiO2、Al2O3、CaO、MgO等雜質）．用該燒渣制取藥用輔料--紅氧化鐵的工藝流程如圖：
（1）在“還原焙燒”中產(chǎn)生的有毒氣體可能有．
（2）“酸浸”時間一般不超過20min,若在空氣中酸浸時間過長，溶液中Fe2+含量將下降，其原因是（用離子方程式表示）．
（3）根據(jù)下表數(shù)據(jù)：
在“除雜”步驟中，為除去Fe3+和Al3+，溶液的pH最大值應小于氫氧化物 Al（OH）3 Mg（OH）2 Fe（OH）3 Fe（OH）2 開始沉淀的pH 3.10 8.54 2.01 7.11 完全沉淀的pH 4.77 11.04 3.68 9.61 ，檢驗Fe3+已經(jīng)除盡的試劑是；當pH=5時，溶液中c（Al3+）=mol?L-1（已知常溫下Ksp[Al（OH）3]=2.0×10-33）．
（4）“中和合成”的目的是將溶液中Fe2+轉變?yōu)樘妓醽嗚F沉淀，則A的操作是．
（5）a g燒渣經(jīng)過上述工藝可得紅氧化鐵b g.藥典標準規(guī)定，制得的紅氧化鐵中含氧化鐵不得少于98.0%，則所選用的燒渣中鐵的質量分數(shù)應不低于（用含a、b的表達式表示）．發(fā)布：2025/1/19 8:0:1組卷：114引用：4難度：0.5 -
2．硫鐵礦燒渣是硫鐵礦生產(chǎn)硫酸過程中產(chǎn)生的工業(yè)廢渣（主要含F(xiàn)e2O3及少量SiO2、Al2O3等雜質）．用該燒渣制取藥用輔料--紅氧化鐵的工藝流程如下：
（1）在“還原焙燒”中產(chǎn)生的有毒氣體可能有．
（2）“酸浸”時間一般不超過20min,若在空氣中酸浸時間過長，溶液中Fe2+含量將下降，其原因是（用離子方程式表示）．
（3）根據(jù)下表數(shù)據(jù)：
在“除雜”步驟中，為除去Fe3+和Al3+，溶液的pH最大值應小于氫氧化物 Al（OH）3 Fe（OH）3 Fe（OH）2 開始沉淀的pH 3.10 2.01 7.11 完全沉淀的pH 4.77 3.68 9.61 ，檢驗
Fe3+已經(jīng)除盡的試劑是．
（4）“中和合成”的目的是將溶液中Fe2+轉變?yōu)樘妓醽嗚F沉淀，則操作B是．
（5）煅燒A的反應方程式是．
（6）a g燒渣經(jīng)過上述工藝可得紅氧化鐵b g.藥典標準規(guī)定，制得的紅氧化鐵中含氧化鐵不得少于98.0%，則所選用的燒渣中鐵的質量分數(shù)應不低于（用含a、b的表達式表示）．發(fā)布：2025/1/19 8:0:1組卷：5引用：1難度：0.5 -
3．硫鐵礦燒渣是硫鐵礦生產(chǎn)硫酸過程中產(chǎn)生的工業(yè)廢渣（主要含F(xiàn)e2O3及少量SiO2、Al2O3、CaO、MgO等雜質）．用該燒渣制取藥用輔料--紅氧化鐵的工藝流程如下：
（1）在“還原焙燒”中產(chǎn)生的有毒氣體可能有．
（2）“酸浸”時間一般不超過20min,若在空氣中酸浸時間過長，溶液中Fe2+含量將下降，其原因是（用離子方程式表示）．
（3）根據(jù)下表數(shù)據(jù)：
在“除雜”步驟中，為除去Fe3+和Al3+，溶液的pH最大值應小于氫氧化物 Al（OH）3 Mg（OH）2 Fe（OH）3 Fe（OH）2 開始沉淀的pH 3.10 8.54 2.01 7.11 完全沉淀的pH 4.77 11.04 3.68 9.61 ，常溫下，當pH=5時，溶液中c（Al3+）=mol?L-1（已知常溫下Ksp[Al（OH）3]═2.0×10-33）．
（4）“中和合成”的目的是將溶液中Fe2+轉變?yōu)樘妓醽嗚F沉淀，則A的操作是．發(fā)布：2025/1/19 8:0:1組卷：12引用：1難度：0.5