Question

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(zhì)。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(yè)流程如下圖所示：   

已知：FeTiO₃與鹽酸反應(yīng)的離子方程式為：FeTiO₃＋4H⁺＋4Cl^-＝Fe²⁺＋TiOCl₄^2-＋2H₂O
（1）化合物FeTiO₃中鐵元素的化合價(jià)是       。
（2）濾渣A的成分是           。
（3）濾液B中TiOCl₄^2- 轉(zhuǎn)化生成TiO₂的離子方程式是                         。
（4）反應(yīng)②中固體TiO₂轉(zhuǎn)化成(NH₄)₂Ti₅O₁₅溶液時(shí)，Ti元素的浸出率與反應(yīng)溫度的關(guān)系如下圖所示。反應(yīng)溫度過(guò)高時(shí)，Ti元素浸出率下降的原因是                    。

（5）反應(yīng)③的化學(xué)方程式是                                                 。
（6）由濾液D制備LiFePO₄的過(guò)程中，所需17%雙氧水與H₂C₂O₄的質(zhì)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(shí)陽(yáng)極反應(yīng)式是                                           。

Answer 1

（12分，每空2分）
（1）+2
（2）SiO₂
（3）TiOCl₄^2-＋H₂O TiO₂↓＋2H⁺＋4Cl^-
（4）溫度過(guò)高時(shí)，反應(yīng)物氨水（或雙氧水）受熱易分解
（5） (NH₄)₂Ti₅O₁₅＋2LiOH＝Li₂Ti₅O₁₅↓＋2NH₃·H₂O（或2NH₃＋2H₂O）
（6）20/9（1分）
（7）LiFePO₄ – e^-＝FePO₄＋Li⁺（1分）

試題分析：（1）根據(jù)題目所給信息：可表示為FeO·TiO₂，可知Fe的化合價(jià)為：+2。
（2）FeTiO₃、MgO、CaO與HCl反應(yīng)，剩下的固體只有SiO₂。
（3）過(guò)濾后未加其他反應(yīng)物，所以TiOCl₄^2-與H₂O反應(yīng)，生成TiO₂，同時(shí)生成H⁺、Cl?。
（4）TiOCl₄^2- 轉(zhuǎn)化為TiO₂時(shí)，需要加入反應(yīng)物雙氧水、氨水，這兩種物質(zhì)受熱易分解。
（5）(NH₄)₂Ti₅O₁₅為銨鹽，LiOH為強(qiáng)堿，發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，根據(jù)反應(yīng)規(guī)律，即可寫出化學(xué)方程式。
（6）分析反應(yīng)流程，H₂O₂把Fe²⁺氧化為Fe³⁺，H₂C₂O₄把Fe³⁺還原為Fe²⁺，H₂O₂中O由-1價(jià)變?yōu)?2價(jià)，H₂C₂O₄由+3價(jià)變?yōu)?4價(jià)，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移總數(shù)相等得：m(H₂O₂)×17÷200g/mol×2=m(H₂C₂O₄)÷90g/mol×2，得m(H₂O₂)：m(H₂C₂O₄)= 20/9。
（7）電池充電時(shí)陽(yáng)極反應(yīng)為失電子反應(yīng)，LiFePO₄中Fe失去1個(gè)電子，由+2價(jià)變?yōu)?3價(jià)，生成FePO₄，同時(shí)得到Li⁺。