题目

题型：不详难度：来源：

钛铁矿的主要成分为FeTiO₃（可表示为FeO·TiO₂），含有少量MgO、CaO、SiO₂等杂质。利用钛铁矿制备锂离子电池电极材料（钛酸锂Li₄Ti₅O₁₂和磷酸亚铁锂LiFePO₄）的工业流程如下图所示：   

已知：FeTiO₃与盐酸反应的离子方程式为：FeTiO₃＋4H⁺＋4Cl^-＝Fe²⁺＋TiOCl₄^2-＋2H₂O
（1）化合物FeTiO₃中铁元素的化合价是       。
（2）滤渣A的成分是           。
（3）滤液B中TiOCl₄^2- 转化生成TiO₂的离子方程式是                         。
（4）反应②中固体TiO₂转化成(NH₄)₂Ti₅O₁₅溶液时，Ti元素的浸出率与反应温度的关系如下图所示。反应温度过高时，Ti元素浸出率下降的原因是                    。

（5）反应③的化学方程式是                                                 。
（6）由滤液D制备LiFePO₄的过程中，所需17%双氧水与H₂C₂O₄的质量比是      。
（7）若采用钛酸锂（Li₄Ti₅O₁₂）和磷酸亚铁锂（LiFePO₄）作电极组成电池，其工作原理为：Li₄Ti₅O₁₂＋3LiFePO₄Li₇Ti₅O₁₂＋3FePO₄
该电池充电时阳极反应式是                                           。

答案

（12分，每空2分）
（1）+2
（2）SiO₂
（3）TiOCl₄^2-＋H₂O TiO₂↓＋2H⁺＋4Cl^-
（4）温度过高时，反应物氨水（或双氧水）受热易分解
（5） (NH₄)₂Ti₅O₁₅＋2LiOH＝Li₂Ti₅O₁₅↓＋2NH₃·H₂O（或2NH₃＋2H₂O）
（6）20/9（1分）
（7）LiFePO₄ – e^-＝FePO₄＋Li⁺（1分）

解析

试题分析：（1）根据题目所给信息：可表示为FeO·TiO₂，可知Fe的化合价为：+2。
（2）FeTiO₃、MgO、CaO与HCl反应，剩下的固体只有SiO₂。
（3）过滤后未加其他反应物，所以TiOCl₄^2-与H₂O反应，生成TiO₂，同时生成H⁺、Cl‾。
（4）TiOCl₄^2- 转化为TiO₂时，需要加入反应物双氧水、氨水，这两种物质受热易分解。
（5）(NH₄)₂Ti₅O₁₅为铵盐，LiOH为强碱，发生复分解反应，根据反应规律，即可写出化学方程式。
（6）分析反应流程，H₂O₂把Fe²⁺氧化为Fe³⁺，H₂C₂O₄把Fe³⁺还原为Fe²⁺，H₂O₂中O由-1价变为-2价，H₂C₂O₄由+3价变为+4价，根据电子转移总数相等得：m(H₂O₂)×17÷200g/mol×2=m(H₂C₂O₄)÷90g/mol×2，得m(H₂O₂)：m(H₂C₂O₄)= 20/9。
（7）电池充电时阳极反应为失电子反应，LiFePO₄中Fe失去1个电子，由+2价变为+3价，生成FePO₄，同时得到Li⁺。