Question

【題目】（14分）鈦鐵礦的主要成分為FeTiO3（可表示為FeO·TiO2），含有少量MgO、CaO、SiO2等雜質。利用鈦鐵礦制備鋰離子電池電極材料（鈦酸鋰Li4Ti5O12和磷酸亞鐵鋰LiFePO4）的工業流程如下圖所示：

已知：FeTiO3與鹽酸反應的離子方程式為：FeTiO3+4H++4Cl—= Fe2++ TiOCl42—+2H2O

（1）化合物FeTiO3中鐵元素的化合價是_______。

（2）濾渣A的成分是_______。

（3）濾液B中TiOCl42－和水反應轉化生成TiO2的離子方程式是_______ 。

（4）反應②中固體TiO2轉化成（NH4）2Ti5O15 溶液時，Ti元素的浸出率與反應溫度的關系如圖所示。反應溫度過高時，Ti元素浸出率下降的原因_ 。

（5）反應③的化學方程式是 。

（6）由濾液D制備LiFePO4的過程中，所需17%雙氧水與H2C2O4的質量比是_______。

（7）若采用鈦酸鋰（Li4Ti5O12）和磷酸亞鐵鋰（LiFePO4）作電極組成電池，其工作原理為：

Li4Ti5O12+ 3LiFePO4Li7Ti5O12+ 3FePO4 該電池充電時陽極反應式是： 。

Answer 1

【答案】（1）+2； （2）SiO2； （3）TiOCl42—+ H2OTiO2↓ + 2H++ 4Cl—

（4）溫度過高時，反應物氨水（或雙氧水）受熱易分解

（5）（NH4）2Ti5O15+ 2 LiOH ＝ Li2Ti5O15↓ + 2NH3·H2O（或2NH3+2H2O）

（6）20/9； （7）LiFePO4– e—＝FePO4+ Li+

【解析】試題分析：（1）反應FeTiO3+4H++4Cl-=Fe2++TiOCl42-+2H2O中，不是非氧化還原反應，可以判斷鐵元素化合價為+2價，故答案為：+2；

（2）由于雜質中二氧化硅不溶于鹽酸，所以濾渣A成分是二氧化硅，故答案為：SiO2；

（3）根據流程可知，TiOCl42-在溶液中加熱與水反應生成二氧化鈦沉淀，反應的離子方程式為：TiOCl42-+H2O=TiO2↓+2H++4Cl-，故答案為：TiOCl42-+H2O=TiO2↓+2H++4Cl-；

（4）由于二氧化鈦與氨水、雙氧水反應生成NH4）2Ti5O15時，溫度過高，雙氧水和氨水都容易分解，所以反應溫度過高時，Ti元素浸出率下降，故答案為：溫度過高時，反應物氨水（或雙氧水）受熱易分解；

（5）根據流程圖示可知，反應3是（NH4）2Ti5O15與強氧化鋰反應生成Li2Ti5O15沉淀和氨水，反應的化學方程式為：（NH4）2Ti5O15+2 LiOH=Li2Ti5O15↓+2NH3H2O（或2NH3+2H2O），故答案為：（NH4）2Ti5O15+2 LiOH=Li2Ti5O15↓+2NH3H2O（或2NH3+2H2O）；

（6）根據電子守恒，氧化鐵元素轉移的電子就等于鐵離子氧化草酸轉移的電子數，

因此可得關系式：H2O2～H2C2O4，設雙氧水質量為x，草酸質量為y，

34 90

x×17% y

34y=90×x×17%，x：y=20：9，

17%雙氧水與H2C2O4的質量比為20：9，故答案為：20：9；

（7）充電時，陽極發生氧化反應，LiFePO4失去電子生成FePO4，電極反應為：LiFePO4-e-=FePO4+Li+，故答案為：LiFePO4-e-=FePO4+Li+。