磷酸亚铁锂 (LiFePO ₄ ) 是重要的俚电池正极材料，一种利用硫酸法生产钛白粉过程的副产物硫酸亚铁 ( 含钛、铜、锰、铅、锌、钙、镁等杂质离子 ) 制备磷酸亚铁锂的生产流程如图。

常温下各种硫化物溶度积常数如表：

回答下列问题：

(1) 操作 1 、操作 2 的实验操作名称为 ____ 。

(2) 加入 Na ₂ S 溶液的目的是 ____ ，聚丙烯的作用是 ____ 。

(3) 向滤液 2 中加入 NaOH 溶液需控制溶液的 pH≤2.2 ，其原因为 ____ ；反应生成 FePO ₄ •2H ₂ O 的离子方程式为 ____ 。

(4) 已知： K _sp (MgF ₂ )=9×10 ^-9 、 K _sp (CaF ₂ )=1.5×10 ^-10 。若取 1.0L 废液，测得 Ca ²⁺ 浓度为 0.02mol/L ， Mg ²⁺ 浓度为 0.01mol/L ，则至少需加入 ____gNaF 才能使废液中 Mg ²⁺ 沉淀完全 ( 当离子浓度 ≤1×10 ^-5 mol·L ^-1 ，可认为沉淀完全 ) 。

(5) 锂离子电池在充电时， LiFePO ₄ 作 ____( 填 “ 阳 ” 或 “ 阴 ”) 极，脱出部分 Li ⁺ ，进而形成 Li _1-x FePO ₄ 。

答案

(1) 过滤

(2) 除去溶液中的 Cu ²⁺ 、 Pb ²⁺ 、 Zn ²⁺ 将 Fe ³⁺ 还原成 Fe ²⁺

(3)     pH 偏大时，会生成 Fe(OH) ₃ ，使制备的 FePO ₄ •2H ₂ O 质量较差 2Fe ²⁺ +2H ₃ PO ₄ +2H ₂ O+H ₂ O ₂ =2FePO ₄ •2H ₂ O↓+4H ⁺

(4)3.78

(5) 阳

【分析】加入 Na ₂ S 除去溶液中的 Cu ²⁺ 、 Pb ²⁺ 、 Zn ²⁺ ，沉淀为 CuS 、 PbS 、 ZnS ，加入磷酸酸化过滤出二氧化钛，亚铁离子与双氧水和 NaOH 溶液反应生成 FePO ₄ ∙2H ₂ O ，聚丙烯可将 Fe ³⁺ 还原成 Fe ²⁺ ，加入碳酸锂反应得到磷酸亚铁锂；

（ 1 ）

由生产流程图知操作 1 、操作 2 是分离固体和液体混合物的方法，是过滤；

（ 2 ）

加入 溶液的目的是除去杂质离子，但不影响溶液中 的含量，结合题给硫化物溶度积常数可知能够除去的杂质离子为 ；由流程知加入碳酸锂和聚丙烯后生成磷酸亚铁锂，铁元素价态降低，故加入聚丙烯的作用是将 还原成 ；

（ 3 ）

酸性条件下过氧化氢将 氧化成 ， 易水解， pH 过大时主要生成氢氧化铁沉淀，产品质量较差。由流程图知，向滤液 2 中加入磷酸、双氧水与 发生氧化还原反应生成磷酸铁晶体，反应的离子方程式为 ；

（ 4 ）

若取 废液，测得 浓度为 ， 浓度为 ，加入 生成 0 沉淀，消耗 ，沉淀后溶液中的 ，其物质的量为 ，则至少需要加入 的质量为 ，则 的质量为 ；

（ 5 ）

锂离子电池充电时， 生成 ，铁元素化合价升高作阳极。