夜雨聆风高中化学试题解析408
1. 赤铁矿主要成分为Fe2O3（含少量Si、Al、Mg等元素的氧化物），结构致密，在酸液中溶解缓慢。某研究小组以赤铁矿为原料制备电池级磷酸铁（FePO4）的低碳新工艺流程如下：
已知：25℃时，H3PO4的电离常数Ka1=6.92×10-3；Ksp[Fe(OH)3]=2.80×10-39。
回答下列问题：
（1）基态铁原子的价层电子排布式为________。
（2）预处理将赤铁矿中部分Fe3+转化为Fe2+，导致晶格畸变，使矿石产生微裂纹，加快“酸浸”速率，其原因是________。
（3）“酸浸”条件：c(H+)为8mol/L的HCl-H3PO4混合酸，n(H3PO4)∶n(Fe)=1.05∶1。混合酸中盐酸的作用是________（答两条即可）。
（4）酸浸液中加入H2O2，Fe2+被氧化成[FeCl4]-的离子方程式为________。
（5）“沉淀”步骤中，用氨水调节pH至2.00生成FePO4·2H2O沉淀，无Fe(OH)3沉淀。基于
该溶液中Fe3+浓度不大于________mol/L，此时滤液中的主要成分为________（填化学式）。
（6）FePO4·2H2O沉淀煅烧得到FePO4，质量符合锂电池材料的工业规格。pH=2.40时，得到的沉淀FePO4·2H2O中含Fe(OH)3、FeO(OH)等少量杂质，煅烧沉淀得到的目标产物中Fe与P原子个数比为1.02∶1。此时，产物中杂质是________（填化学式）。
答案:
（1）3d64s2
（2）矿石产生微裂纹，增大固液接触面积，便于酸液渗透，加快浸出反应速率
（3）提供大量H+，增强体系酸性，促进氧化铁矿物溶解、提供Cl-，与Fe3+形成稳定配离子[FeCl4]-，促进铁元素浸出、同时Cl-不引入杂质，不干扰后续FePO4沉淀生成（任选两条）
（4）
（5）①. 2.80×10-3
②.NH4Cl
（6）Fe2O3
分析：
赤铁矿主要成分为Fe2O3（含少量Si、Al、Mg等元素的氧化物），先掺入 0.8% 碳在650℃高温活化预处理，破坏矿石致密结构，增大其与酸溶液的接触面积，提升酸浸效率，同时有部分+3价Fe被还原为+2价；再用HCl-H3PO4混合酸加热酸浸，铁元素溶出，含Si杂质形成滤渣分离；浸出液加H2O2氧化，将+2价Fe转化为Fe3+，随后滴加氨水调节pH，沉淀析出FePO4·2H2O，滤液含Al3+、Mg2+杂质除去。结晶产物经650℃煅烧脱去结晶水，最终得到无水磷酸铁。
⑴Fe为26号元素，价层电子排布式为3d64s2。
⑵矿石晶格畸变产生微裂纹，内部孔隙增多，增大矿石与酸溶液的接触面积，同时酸溶液更容易渗入矿石内部，有效提升浸出反应速率。
⑶“酸浸”加入盐酸，提供H+，增强体系酸性，促进矿物溶解；提供Cl-，与Fe3+形成稳定配离子[FeCl4]-，促进铁元素浸出；盐酸不引入杂质，不干扰FePO4沉淀生成。
⑷酸浸液中加入H2O2，Fe2+被氧化为Fe3+，Fe3+与Cl-形成配合物[FeCl4]-，离子方程式为：
⑸pH=2时，c(H+)=10-2mol/L，则有：
溶液中加入氨水，所得阳离子主要是NH4+，加入盐酸后主要阴离子为Cl-，此时滤液中的主要成分为NH4Cl。
⑹FePO4中Fe与P原子数目为1∶1，而煅烧沉淀得到的目标产物中Fe与P原子个数比为1.02∶1，Fe偏高，说明杂质含Fe，结合原料杂质Fe(OH)3、FeO(OH)煅烧分解生成Fe2O3，所以杂质为Fe2O3。
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