Question

7．鈦被稱為繼鐵、鋁之后的第三金屬．工業上用鈦鐵礦（主要成分為 FeTiO₃，可表示為 FeO•TiO₂）制備鈦，并得到電極材料 LiFePO₄的流程如圖（部分生成物已略去）．

已知：FeTiO₃+4H⁺+4Cl^-=Fe²⁺+TiOCl₄^2-+2H₂O
（1）第①步中FeTiO₃與鹽酸的反應屬于非氧化還原反應（填“氧化還原”或“非氧化還原”）反應．
（2）第②步中生成TiO₂的離子方程式是TiOCl₄^2-+H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiO₂↓+2H⁺+4Cl^-．
（3）第③步中生成的氣體X主要成分是CO．
（4）已知：Mg（s）+Cl₂（g）=MgCl₂（s）△H=-641kJ•mol^-1
Ti（s）+2Cl₂（g）=TiCl₄（s）△H=-770kJ•mol^-1
則Mg（s）與 TiCl₄（s）反應生成 Ti（s）和MgCl₂（s）的熱化學方程式是2Mg（s）+TiCl₄（s）=2MgCl₂（s）+Ti（s）△H=-512kJ•mol^-1；能否將第④步中的Ar換成N₂，理由是不能，鎂會與氮氣發生反應．
（5）上述流程中可循環使用的物質是Mg、Cl₂．
（6）若不考慮制備過程中鐵元素的損耗，由⑥、⑦兩步制備 LiFePO₄的過程中，消耗雙氧水（質量分數為 17%）與 H₂C₂O₄ 的質量比是20：9．

Answer 1

分析 鈦鐵礦（主要成分為 FeTiO₃，可表示為 FeO•TiO₂）加入鹽酸溶解過濾得到濾液A為FeCl₂、TiOCl₄^2-，加熱促進水解，過濾得到沉淀TiO₂，濾液 B為FeCl₂溶液，TiO₂和C、Cl₂在高溫條件下生成TiCl₄和CO，所以X為CO，TiCl₄在稀有氣體的環境中高溫條件下被鎂還原生成Ti和MgCl₂，電解生成鎂和氯氣，氯氣可以在步驟③中循環利用，鎂可以在步驟④中循環利用，FeCl₂溶液中加入雙氧水氧化亞鐵離子，與磷酸反應生成磷酸鐵，加入碳酸鋰和草酸煅燒得到磷酸亞鐵鋰LiFePO₄，據此答題．

解答 解：鈦鐵礦（主要成分為 FeTiO₃，可表示為 FeO•TiO₂）加入鹽酸溶解過濾得到濾液A為FeCl₂、TiOCl₄^2-，加熱促進水解，過濾得到沉淀TiO₂，濾液 B為FeCl₂溶液，TiO₂和C、Cl₂在高溫條件下生成TiCl₄和CO，所以X為CO，TiCl₄在稀有氣體的環境中高溫條件下被鎂還原生成Ti和MgCl₂，電解生成鎂和氯氣，氯氣可以在步驟③中循環利用，鎂可以在步驟④中循環利用，FeCl₂溶液中加入雙氧水氧化亞鐵離子，與磷酸反應生成磷酸鐵，加入碳酸鋰和草酸煅燒得到磷酸亞鐵鋰LiFePO₄，
（1）根據反應FeTiO₃+4H⁺+4Cl^-=Fe²⁺+TiOCl₄^2-+2H₂O可知，反應中沒有元素的化合價的變化，所以該反應屬于非氧化還原反應，
故答案為：非氧化還原反應；
（2）根據流程可知，TiOCl₄^2-在溶液中加熱與水反應生成二氧化鈦沉淀，反應的離子方程式為：TiOCl₄^2-+H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiO₂↓+2H⁺+4Cl^-，
故答案為：TiOCl₄^2-+H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiO₂↓+2H⁺+4Cl^-；
（3）根據上面的分析可知，X主要成分是CO，
故答案為：CO；
（4）根據①Mg（s）+Cl₂（g）=MgCl₂（s）△H=-641kJ•mol^-1，②Ti（s）+2Cl₂（g）=TiCl₄（s）△H=-770kJ•mol^-1，利用蓋斯定律可知，將①×2-②可得Mg（s）與 TiCl₄（s）反應生成 Ti（s）和MgCl₂（s）的反應，所以該反應的反應熱為△H=-641kJ•mol^-1×2-（-770kJ•mol^-1）=-512 kJ•mol^-1，熱化學方程式是2Mg（s）+TiCl₄（s）=2MgCl₂（s）+Ti（s）△H=-512 kJ•mol^-1；因為鎂能與氮氣反應生成氮化鎂，所以不能將第④步中的Ar換成N₂，
故答案為：2Mg（s）+TiCl₄（s）=2MgCl₂（s）+Ti（s）△H=-512 kJ•mol^-1；不能，鎂會與氮氣發生反應；
（5）根據上面分析可知，上述流程中可循環使用的物質是Mg、Cl₂，
故答案為：Mg、Cl₂；
（6）根據電子守恒，氧化鐵元素轉移的電子就等于鐵離子氧化草酸轉移的電子數，
因此可得關系式：H₂O₂～H₂C₂O₄，設雙氧水質量為x，草酸質量為y，
H₂O₂ ～H₂C₂O₄，
34      90
x×17%  y
34y=90×x×17%，x：y=20：9，
17%雙氧水與H₂C₂O₄的質量比為20：9，
故答案為：20：9．

點評 本題借助利用鈦鐵礦制備鋰離子電池電極材料流程，考查了化合價判斷、離子方程式書寫等知識，本題難度中等，涉及的內容較多，綜合性較強，充分考查了學生的綜合能力，注意結合流程書寫反應式．