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^－=Fe^2＋＋TiOCl₄^2—＋2H₂O
(1)化合物FeTiO₃中鐵元素的化合價是________。
(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，Ti元素的浸出率與反應(yīng)溫度的關(guān)系如圖所示。反應(yīng)溫度過高時，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，該電池充電時陽極反應(yīng)式是____________________。

Answer 1

(1)＋2
(2)SiO₂
(3)TiOCl₄^2—＋H₂OTiO₂↓＋2H^＋＋4Cl^－
(4)溫度過高時，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^＋

(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)TiOCl₄^2—轉(zhuǎn)化為TiO₂，Ti的化合價不變，發(fā)生的是TiOCl₄^2—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：2Fe^2＋～H₂O₂～2Fe^3＋～H₂C₂O₄，則17%雙氧水與H₂C₂O₄的質(zhì)量比＝:90＝20:9。(7)該電池充電時陽極上LiFePO₄發(fā)生氧化反應(yīng)。
點撥：本題考查鋰離子電池電極材料的制備工藝流程，考查考生對化工流程的綜合分析能力。難度較大。