Question

【題目】鈦酸鋰電池應用廣泛， 電池放電后負極材料主要含有Li4Ti5O12、 鋁箔及少量Fe， 可通過下列工藝流程回收鈦、 鋰。回答下列問題：

(1) Li4Ti5O12中， Ti元素的化合價為___， 濾液1中含金屬的陰離子是___(填離子符號)。

(2) 酸浸時 Li4Ti5O12發(fā)生的反應是： Li4Ti5O12+7H2SO4+5H2O2＝2Li2SO4+5[TiO(H2O2)]SO4+7H2O， 該反應是否屬于氧化還原反應？___(填 “是” 或 “否”)； 濾渣1是___。

(3) 向[TiO(H2O2)]SO4溶液中加入Na2SO3溶液發(fā)生反應的離子方程式為___。

(4) 向TiOSO4溶液中通入NH3發(fā)生反應的離子方程式為___。

(5) 沉淀TiO(OH)2用蒸餾水洗滌的目的是___。

(6) 萃取時， 溫度對萃取率的影響如圖所示。由圖分析知實驗時選擇在常溫下進行即可， 理由是__。

(7)“萃取” 和 “反萃取” 可簡單表示為：[TiO(H2O2)]2+＋2(HA)2 [TiO(H2O2)](HA2)2＋2H+，則反萃取過程中加入的試劑X是___。

Answer 1

【答案】+4 AlO2－或Al(OH)4 － 否 Fe(OH)3 [TiO(H2O2)]2++SO32－=TiO2++SO42－+H2O TiO2++2NH3+ 2H2O=TiO(OH)2↓+2NH4+ 除去沉淀表面硫酸鹽雜質(zhì) 因常溫下鈦的萃取率已經(jīng)比較高(90%以上)，溫度升高對萃取率的增加幅度很小，所以不必升溫 H2SO4

【解析】

由流程圖可知，鈦酸鋰電池放電后負極材料主要含有Li4Ti5O12、 鋁箔及少量Fe，加入氫氧化鈉溶液堿浸，鋁箔溶于氫氧化鈉溶液生成偏鋁酸鈉和氫氣，其他成分不溶于堿，過濾后濾液含有偏鋁酸鈉溶液；堿浸后的固體加入硫酸和過氧化氫酸浸氧化，Fe轉(zhuǎn)化為Fe3+，加入氫氧化鈉溶液調(diào)pH生成Fe(OH)3沉淀過濾除去，酸浸時 Li4Ti5O12發(fā)生的反應是： Li4Ti5O12+7H2SO4+5H2O2＝2Li2SO4+5[TiO(H2O2)]SO4+7H2O，經(jīng)萃取和反萃取得到TiO(H2O2)] TiO(H2O2)SO4，水相中加入碳酸鈉溶液得到Li2CO3沉淀；在TiO(H2O2)SO4溶液中加入亞硫酸鈉溶液還原得到TiOSO4，再通入氨氣產(chǎn)生TiO(O H)2沉淀，過濾后經(jīng)蒸餾水洗去表面吸附的硫酸鹽，再經(jīng)干燥、煅燒得到納米TiO2，據(jù)此分析解答。

(1) Li4Ti5O12中，Li為+1價，O為-2價，則 Ti元素的化合價為（122-1）5=+4；根據(jù)以上分析，堿浸時鋁箔溶于氫氧化鈉溶液生成偏鋁酸鈉，過濾后濾液含有偏鋁酸鈉溶液，所以濾液1中含金屬的陰離子是AlO2－，

因此，本題正確答案是：+4；AlO2－；

(2) 由反應方程式 Li4Ti5O12+7H2SO4+5H2O2＝2Li2SO4+5[TiO(H2O2)]SO4+7H2O， 可知，反應前后元素化合價沒發(fā)生變化，所以該反應不是氧化還原反應；

堿浸后的固體加入硫酸和過氧化氫酸浸氧化，Fe轉(zhuǎn)化為Fe3+，加入氫氧化鈉溶液調(diào)pH生成Fe(OH)3沉淀過濾除去，故濾渣1是Fe(OH)3，

因此，本題正確答案是：否；Fe(OH)3；

(3) [TiO(H2O2)]SO4與Na2SO3溶液發(fā)生氧化還原反應，反應的離子方程式為[TiO(H2O2)]2++SO32－=TiO2++SO42－+H2O，

因此，本題正確答案是：[TiO(H2O2)]2++SO32－=TiO2++SO42－+H2O；

(4) 由流程可知，TiOSO4溶液中通入NH3發(fā)生反應生成TiO(OH)2沉淀，反應的離子方程式為TiO2++2NH3+ 2H2O=TiO(OH)2↓+2NH4+，

因此，本題正確答案是：TiO2++2NH3+ 2H2O=TiO(OH)2↓+2NH4+ ；

(5) 沉淀TiO(OH)2表面會吸附溶液中的硫酸鹽，所以要用蒸餾水洗滌除去雜質(zhì)，

因此，本題正確答案是：除去沉淀表面硫酸鹽雜質(zhì)；

(6) 由溫度對萃取率的影響圖可知，常溫下鈦的萃取率已經(jīng)比較高(90%以上)，溫度升高對萃取率的增加幅度很小，所以不必升溫，實驗時選擇在常溫下進行即可，

因此，本題正確答案是：因常溫下鈦的萃取率已經(jīng)比較高(90%以上)，溫度升高對萃取率的增加幅度很小，所以不必升溫；

(7) [TiO(H2O2)]2+＋2(HA)2 [TiO(H2O2)](HA2)2＋2H+，根據(jù)平衡移動原理，反萃取過程是使平衡逆向移動，可以采取增大生成物濃度得方法，即增大氫離子濃度，加入的試劑X是H2SO4，

因此，本題正確答案是：H2SO4。