Question

6．磷酸亞鐵鋰（LiFePO₄）是一種重要的鋰離子電池電極材料，利用鈦鐵礦制備，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)．工業(yè)上制取磷酸亞鐵鋰的流程如圖所示：

已知：FeTiO₃與鹽酸反應(yīng)的離子方程式為：FeTiO₃+4H⁺+4Cl^-═Fe²⁺+TiOCl₄^2-+2H₂O
請(qǐng)回答下列問題：
（1）寫出①中雜質(zhì)溶解的化學(xué)方程式MgO+2HCl=MgCl₂+H₂O，CaO+2HCl=CaCl₂+H₂O；
（2）純凈的濾渣A是制造光導(dǎo)纖維的基本原料；
（3）濾液B中TiOCl${\;}_{4}^{2-}$轉(zhuǎn)化生成TiO₂的離子方程式是TiOCl₄^2-+H₂O=TiO₂↓+2H⁺+4Cl^-；
（4）②中反應(yīng)的離子方程式是2Fe²⁺+H₂O₂+2H₃PO₄=2FePO₄↓+2H₂O+4H⁺；
（5）由濾液D制備LiFePO₄的過程中，所需H₂C₂O₄與34%雙氧水的質(zhì)量比是10：9；
（6）用磷酸亞鐵鋰（LiFePO₄）作電極組成電池，其工作原理為：FePO₄+Li$?_{充電}^{放電}$LiFePO₄，該電池充電時(shí)陽極反應(yīng)式是LiFePO₄-e^-=FePO₄+Li⁺．

Answer 1

分析 鐵礦石加入鹽酸溶解過濾得到濾渣為二氧化硅，濾液B為MgCl₂、CaCL₂，F(xiàn)eCl₂、TiOCl₄^2-，加熱促進(jìn)水解，過濾得到沉淀TiO₂，濾液D中加入過氧化氫氧化亞鐵離子，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）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)，雜質(zhì)中二氧化硅不溶于稀鹽酸，成為濾渣A，F(xiàn)eTiO₃（可表示為FeO•TiO₂）和含有少量MgO、CaO溶于鹽酸生成鹽溶液，過濾得到濾液B為MgCl₂、CaCL₂，F(xiàn)eCl₂、TiOCl₄^2-；
（2）上述分析可知濾渣A為二氧化硅是光導(dǎo)纖維的基本材料；
（3）根據(jù)流程圖示，TiOCl₄^2-在溶液中加熱與水反應(yīng)生成二氧化鈦沉淀，結(jié)合電荷守恒和原子守恒寫出離子方程式；
（4）濾液D中加入過氧化氫氧化亞鐵離子，加入磷酸得到沉淀磷酸鐵；
（5）根據(jù)電子守恒找出雙氧水與草酸的關(guān)系式，然后列式計(jì)算計(jì)算出17%雙氧水與H₂C₂O₄的質(zhì)量比；
（6）電池放電時(shí)原電池原理，Li失電子發(fā)生氧化反應(yīng)做原電池負(fù)極，F(xiàn)ePO₄在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成LiFePO₄．

解答 解：（1）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)，雜質(zhì)中二氧化硅不溶于稀鹽酸，成為濾渣A，F(xiàn)eTiO₃（可表示為FeO•TiO₂）和含有少量MgO、CaO溶于鹽酸生成鹽溶液，過濾得到濾液B為MgCl₂、CaCL₂，F(xiàn)eCl₂、TiOCl₄^2-，雜質(zhì)溶解的化學(xué)方程式為：MgO+2HCl=MgCl₂+H₂O，CaO+2HCl=CaCl₂+H₂O，
故答案為：MgO+2HCl=MgCl₂+H₂O，CaO+2HCl=CaCl₂+H₂O；
（2）由于雜質(zhì)中二氧化硅不溶于鹽酸，所以濾渣A成分是二氧化硅，是光導(dǎo)纖維的基本材料，
故答案為：光導(dǎo)纖維；
（3）根據(jù)流程可知，TiOCl₄^2-在溶液中加熱與水反應(yīng)生成二氧化鈦沉淀，反應(yīng)的離子方程式為：TiOCl₄^2-+H₂O=TiO₂↓+2H⁺+4Cl^-，
故答案為：TiOCl₄^2-+H₂O=TiO₂↓+2H⁺+4Cl^-；
（4）濾液D中加入過氧化氫氧化亞鐵離子，加入磷酸得到沉淀磷酸鐵，結(jié)合原子守恒和電荷守恒寫出反應(yīng)的離子方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H₃PO₄=2FePO₄↓+2H₂O+4H⁺，
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H₃PO₄=2FePO₄↓+2H₂O+4H⁺；
（5）根據(jù)電子守恒，氧化鐵元素轉(zhuǎn)移的電子就等于鐵離子氧化草酸轉(zhuǎn)移的電子數(shù)，
因此可得關(guān)系式：H₂O₂～H₂C₂O₄，設(shè)雙氧水質(zhì)量為x，草酸質(zhì)量為y，
                34     90
              x×34%    y
 34y=90×x×34%，x：y=10：9，
34%雙氧水與H₂C₂O₄的質(zhì)量比為10：9，
故答案為：10：9；
（6）用磷酸亞鐵鋰（LiFePO₄）作電極組成電池，其工作原理為：FePO₄+Li$?_{充電}^{放電}$LiFePO₄，充電過程為電解池反應(yīng)，該電池充電時(shí)陽極是LiFePO₄，失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式是：LiFePO₄-e^-=FePO₄+Li⁺，
故答案為：LiFePO₄-e^-=FePO₄+Li⁺．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)制備、分離提純，原電池、電解池原理的分析判斷，主要是過程分析判斷，化學(xué)方程式和離子方程式的書寫應(yīng)用，掌握物質(zhì)性質(zhì)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．