Question

7．氮、磷及其化合物在科研及生產(chǎn)中均有著重要的應(yīng)用．
（1）某課外學(xué)習(xí)小組欲制備少量NO氣體，寫出鐵粉與足量稀硝酸反應(yīng)制備NO的離子方程式：Fe+4H⁺+NO₃^-=Fe³⁺+NO↑+2H₂O．

（2）LiFePO₄是一種新型動(dòng)力鋰電池的電極材料．
①圖1為某LiFePO₄電池充、放電時(shí)正極局部放大示意圖，寫出該電池放電時(shí)正極反應(yīng)方程式：Li⁺+FePO₄+e^-=LiFePO₄．
②將LiOH、FePO₄•2H₂O（米白色固體）與還原劑葡萄糖按一定計(jì)量數(shù)混合，在N₂中高溫焙燒可制得鋰電池正極材料LiFePO₄．焙燒過程中N₂的作用是防止生成的Fe²⁺在空氣中重新被氧化；實(shí)驗(yàn)室中以Fe³⁺為原料制得的FePO₄•2H₂O有時(shí)顯紅褐色，F(xiàn)ePO₄•2H₂O中混有的雜質(zhì)可能為Fe（OH）₃．
（3）磷及部分重要化合物的相互轉(zhuǎn)化如圖2所示．
①步驟Ⅰ為白磷的工業(yè)生產(chǎn)方法之一，反應(yīng)在1300℃的高溫爐中進(jìn)行，其中SiO₂的作用是用于造渣（CaSiO₃），焦炭的作用是做還原劑．
②不慎將白磷沾到皮膚上，可用0.2mol/L CuSO₄溶液沖洗，根據(jù)步驟Ⅱ可判斷，1mol CuSO₄所能氧化的白磷的物質(zhì)的量為0.05mol．
③步驟Ⅲ中，反應(yīng)物的比例不同可獲得不同的產(chǎn)物，除Ca₃（PO₄）₂外可能的產(chǎn)物還有CaHPO₄、Ca（H₂PO₄）₂．

Answer 1

分析 （1）鐵和過量稀硝酸反應(yīng)生成硝酸鐵、一氧化氮和水；
（2）①在原電池放電時(shí)，負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，根據(jù)得失電子確定正負(fù)極，根據(jù)反應(yīng)物、生成物書寫電極反應(yīng)式．
②制備鋰電池正極材料LiFePO₄．需要防止亞鐵被氧化分析判斷；紅褐色可能是晶體在下層了氫氧化鐵膠體；
（3）①依據(jù)發(fā)生反應(yīng)2Ca₃（PO₄）₂+6SiO₂+10C→P₄↑+6CaSiO₃+10CO↑，判斷CO的作用；
②依據(jù)氧化還原反應(yīng)中銅元素、磷元素化合價(jià)變化計(jì)算；
③磷酸為三元酸與氫氧化鈣反應(yīng)，依據(jù)磷酸與氫氧化鈣量不同，得到的產(chǎn)物可能是：Ca₃（PO₄）₂、CaHPO₄、Ca（H2PO₄）₂．

解答 解：（1）鐵和過量稀硝酸反應(yīng)生成硝酸鐵、一氧化氮和水，反應(yīng)的離子方程式為：Fe+4H⁺+NO₃^-=Fe³⁺+NO↑+2H₂O；
故答案為：Fe+4H⁺+NO₃^-=Fe³⁺+NO↑+2H₂O；
（2）①放電時(shí)，該裝置是原電池，F(xiàn)e元素化合價(jià)由+3價(jià)變?yōu)?2價(jià)，得電子發(fā)生還原反應(yīng)，所以該電極是正極，電極反應(yīng)式為FePO₄+e^-+Li⁺=LiFePO₄，
故答案為：Li⁺+FePO₄+e^-=LiFePO₄；
②制備鋰電池正極材料LiFePO₄．需要防止亞鐵被氧化分析，焙燒過程中N₂的作用是防止生成的Fe²⁺在空氣中重新被氧化；紅褐色可能是晶體在下層了氫氧化鐵膠體；
故答案為：防止生成的Fe²⁺在空氣中重新被氧化，F(xiàn)e（OH）₃（或氫氧化鐵）；
（3）①步驟Ⅰ為白磷的工業(yè)生產(chǎn)方法之一，發(fā)生反應(yīng)2Ca₃（PO₄）₂+6SiO₂+10C→P₄↑+6CaSiO₃+10CO↑，反應(yīng)中C中的碳化合價(jià)升高，做還原劑；
故答案為：做還原劑；
②Cu元素的化合價(jià)由+2價(jià)降低到+1價(jià)，CuSO₄是氧化劑，P₄部分磷元素由0價(jià)降低到-3價(jià)，部分磷元素由0價(jià)升高到+5價(jià)，磷元素的化合價(jià)既升高又降低，所以P₄既是氧化劑又是還原劑，若有11molP₄參加反應(yīng)，其中5mol的P₄做氧化劑，60mol硫酸銅做氧化劑，只有6mol的P₄做還原劑，則由電子守恒可知，有1 mol的CuSO₄參加反應(yīng)，則被硫酸銅氧化的白磷分子的物質(zhì)的量為n則：n×4（5-0）=1mol×（2-1），解得n=$\frac{1}{20}$mol；=0.05mol
故答案為：0.05mol
③磷酸為三元酸與氫氧化鈣反應(yīng)，依據(jù)磷酸與氫氧化鈣量不同，得到的產(chǎn)物可能是：Ca₃（PO₄）₂、CaHPO₄、Ca（H₂PO₄）₂；
故答案為：CaHPO₄、Ca（H₂PO₄）₂．

點(diǎn)評(píng) 本題依據(jù)N、P及其化合物的轉(zhuǎn)化為情境考查了氧化還原反應(yīng)的概念及有關(guān)計(jì)算，原電池原理分析應(yīng)用，抓住氧化還原反應(yīng)得失電子守恒是解題關(guān)鍵，題目難度較大．