Question

【題目】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)的工藝流程如下圖所示：

(1)化合物Li2Ti5O15中鈦元素的化合價是+4價，氧元素的化合價為__________。

(2)鈦鐵礦與硫酸反應時，常將鈦鐵礦粉碎，其目的是：__________，濾渣A的成分是__________。

(3)固體TiO2轉化(NH4)2Ti5O15的離子方程式為__________，該反應__________氧化還原反應 (填“屬于” 或“不屬于” )。

(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是__________。

(5)(NH4)2Ti5O15轉化為Li2Ti5O15的離子方程式為：__________。

(6)寫出由濾液D生成FePO4的離子方程式__________。

(7)由濾液D制各LiFePO4的過程中，所需17%雙氧水與H2C2O4的質量比是__________。

Answer 1

【答案】 -2、-1 增大接觸面積加快反應速率,提高浸出率 SiO2 CaSO4 5TiO2+4H2O2+2NH3·H2O=2NH4++Ti5O152-+5H2O 不屬于 溫度過高時,反應物氨水(或雙氧水)會受熱分解 Ti5O152-+2Li+=Li2Ti5O15↓ 2Fe2++2H3PO4+H2O2=2FePO4↓+2H2O+4H+ 20∶9

【解析】鐵礦石加入硫酸溶解過濾得到濾渣A為二氧化硅和硫酸鈣，濾液B中含有Mg2+、Fe2+、Ti4+等，加熱促進水解，過濾得到沉淀TiO2，加入過氧化氫和氨水反應得到（NH4）2Ti5O15，加入氫氧化鋰溶液得到沉淀Li2Ti5O15，加入碳酸鋰煅燒得到鈦酸鋰Li4Ti5O12，濾液D加入過氧化氫將Fe2+氧化為Fe3+，加入磷酸得到沉淀磷酸鐵，加入碳酸鋰和草酸煅燒得到磷酸亞鐵鋰LiFePO4。

(1)化合物Li2Ti5O15中鈦元素的化合價是+4價，Li元素的化合價為+1價，根據正負化合價的代數和為0，氧元素的化合價為-2、-1，故答案為：-2、-1；

（2）鈦鐵礦與硫酸反應時，常將鈦鐵礦粉碎，可以增大接觸面積加快反應速率，提高浸出率，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：增大接觸面積加快反應速率，提高浸出率；SiO2 、CaSO4；

(3) 二氧化鈦與氨水、雙氧水反應生成（NH4）2Ti5O15的離子方程式為5TiO2+4H2O2+2NH3·H2O=2NH4++Ti5O152-+5H2O，反應中沒有元素的化合價發生變化，不屬于氧化還原反應，故答案為：5TiO2+4H2O2+2NH3·H2O=2NH4++Ti5O152-+5H2O；不屬于；

（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) （NH4）2Ti5O15，加入氫氧化鋰溶液得到沉淀Li2Ti5O15，反應的離子方程式為Ti5O152-+2Li+=Li2Ti5O15↓，故答案為：Ti5O152-+2Li+=Li2Ti5O15↓；

（6）過氧化氫將Fe2+氧化為Fe3+，加入磷酸得到沉淀磷酸鐵，反應離子方程式為：2Fe2++2H3PO4+H2O2=2FePO4↓+2H2O+4H+，故答案為：2Fe2++2H3PO4+H2O2=2FePO4↓+2H2O+4H+；

（7）根據電子守恒，過氧化氫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，則：

H2O2～H2C2O4

34 90

x×17% y

所以=，整理可得x：y=20：9，17%雙氧水與H2C2O4的質量比為20：9，故答案為：20：9。