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)流程如圖所示：

 

已知：FeTiO3與鹽酸反應(yīng)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(jià)是________。

(2)濾渣A的成分是________。

(3)濾液B中TiOCl42—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)做電極組成電池，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

(1)＋2

(2)SiO2

(3)TiOCl42—＋H2OTiO2↓＋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

(7)LiFePO4－e－=FePO4＋Li＋

【解析】(2)鈦鐵礦中只有SiO2不與鹽酸反應(yīng)，因此濾渣A的成分是SiO2。(3)TiOCl42—轉(zhuǎn)化為TiO2，Ti的化合價(jià)不變，發(fā)生的是TiOCl42—的水解反應(yīng)。(5)反應(yīng)③為LiOH與(NH4)2Ti5O15的復(fù)分解反應(yīng)。(6)根據(jù)得失電子守恒，可得關(guān)系式：2Fe2＋～H2O2～2Fe3＋～H2C2O4，則17%雙氧水與H2C2O4的質(zhì)量比＝:90＝20:9。(7)該電池充電時(shí)陽(yáng)極上LiFePO4發(fā)生氧化反應(yīng)。

點(diǎn)撥：本題考查鋰離子電池電極材料的制備工藝流程，考查考生對(duì)化工流程的綜合分析能力。難度較大。