高考化学特训6　常见金属化合物的制备 附解析.docVIP

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高考特训6常见金属化合物的制备

1.(2023·连云港)LiFePO4和FePO4可以作为锂离子电池的正极材料。

(1)LiFePO4的制备。在氮气的氛围中，将一定量的(NH4)2Fe(SO4)2溶液与H3PO4、LiOH溶液中的一种混合，然后加入三颈烧瓶中(如图)，在搅拌下通过滴液漏斗缓慢滴加剩余的另一种溶液，充分反应后，过滤、洗涤、干燥得到粗产品。

①滴液漏斗中的溶液是LiOH溶液。

②(NH4)2Fe(SO4)2与H3PO4、LiOH反应得到LiFePO4和NH4HSO4，该反应的离子方程式为Fe2＋＋Li＋＋OH－＋H3PO4＋2SOeq\o\al(2－,4)===LiFePO4↓＋H2O＋2HSOeq\o\al(－,4)[已知Ka(HSOeq\o\al(－,4))＝1.0×10－2]。

③在氮气氛围下，粗产品经150℃干燥、高温焙烧，即可得到锂离子电池的正极材料。焙烧时常向其中加入少量活性炭黑，其主要目的是改善成型后LiFePO4的导电性能。

(2)FePO4的制备。取一定量比例的铁粉、磷酸、水放入容器中，加热充分反应，向反应后的溶液中加入一定量H2O2，同时加入适量水调节pH，静置后过滤，洗涤，得到FePO4·2H2O，高温煅烧FePO4·2H2O，即可得到FePO4。

①其他条件不变时，磷酸与水的混合比例对铁粉溶解速率的影响如图所示：

当eq\f(1,3)≤eq\f(V?H3PO4?,V?H2O?)≤eq\f(1,2)时，随着水的比例增加，铁粉溶解速率迅速升高的原因是当eq\f(1,3)≤eq\f(V?H3PO4?,V?H2O?)≤eq\f(1,2)时，随着水的比例增加，促进了H3PO4的电离，H＋的量增多，同时反应放热也加快了反应速率。

②为使反应过程中的Fe2＋完全被H2O2氧化，下列操作控制能达到目的的是CD(填字母)。

A.用Ca(OH)2调节溶液pH＝7

B.加热，使反应在较高温度下进行

C.缓慢滴加H2O2溶液并搅拌

D.加入适当过量的H2O2溶液

③将Fe2(SO4)3与Na2HPO4溶液混合可以得到FePO4·2H2O。设计以Fe2(SO4)3与Na2HPO4溶液为原料，补充完整制备FePO4·2H2O的实验方案：在搅拌下向Fe2(SO4)3溶液中缓慢加入Na2HPO4溶液，控制溶液的pH2.7，充分反应后，向上层清液中继续加入Na2HPO4溶液不再产生沉淀，静置后过滤，用蒸馏水洗涤沉淀2～3次，取最后一次洗涤后的滤液，滴加盐酸酸化的BaCl2溶液，不再出现白色沉淀，干燥得到FePO4·2H2O[实验中必须使用的试剂：盐酸、BaCl2溶液，Fe(OH)3开始沉淀的pH＝2.7]。

【解析】(1)①(NH4)2Fe(SO4)2能与LiOH溶液反应，故滴液漏斗中应盛放LiOH溶液。③活性炭能导电，焙烧时向LiFePO4中加入少量活性炭黑的目的是改善成型后LiFePO4的导电性能。(2)①磷酸是三元中强酸，在溶液中分步电离出H＋，向磷酸中加水，H＋的量增多，反应速率增大，且反应放出热量使温度升高，反应速率加快。②用氢氧化钙调节溶液pH为7，会使Fe2＋转化为沉淀，不利于Fe2＋氧化，A错误；加热促进过氧化氢分解，不利于Fe2＋氧化，B错误；缓慢滴加过氧化氢溶液并搅拌可以使反应物的接触充分，有利于Fe2＋氧化，C正确；加入适当过量的过氧化氢溶液，有利于Fe2＋氧化，D正确。③向硫酸铁溶液中缓慢加入磷酸氢二钠溶液，控制溶液的pH小于2.7，防止Fe3＋生成氢氧化铁沉淀；充分反应后，向上层清液中继续加入磷酸氢二钠溶液至不再产生沉淀，保证Fe3＋沉淀完全；静置后过滤，用蒸馏水洗涤沉淀2～3次，取最后一次洗涤后的滤液，滴加盐酸酸化的氯化钡溶液，不再出现白色沉淀，说明沉淀洗涤干净。

2.(2024·连云港一模)实验室利用含钴废催化剂制备CoCl2·2H2O，并利用其制备[Co(NH3)6]Cl3。已知：Fe(OH)3完全沉淀的pH为2.7，Al(OH)3完全沉淀的pH为4.2，Co(OH)2开始沉淀的pH为6.5，CoCl2的溶解度曲线如图1所示。

图1图2

(1)补充完整以含钴废催化剂(主要成分为CoO、少量Fe2O3和Al2O3)为原料制备CoCl2·2H2O的实验方案：在搅拌下，向一定量1mol/LHCl溶液中分批加入含钴废催化剂，至固体不再溶解，然后再向其中分批加入少量CoCO3固体，用pH计测量溶液pH，当其pH介于4.2～6.5后，过滤，所得滤液蒸发浓缩、控制温度在50～90℃之间冷却结晶，洗涤2～3次，低温干燥，得到产品CoCl2·2