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。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)的工業流程如圖所示：

 

已知：FeTiO3與鹽酸反應的離子方程式為FeTiO3＋4H＋＋4Cl－=Fe2＋＋TiOCl42—＋2H2O

(1)化合物FeTiO3中鐵元素的化合價是________。

(2)濾渣A的成分是________。

(3)濾液B中TiOCl42—轉化生成TiO2的離子方程式是________________。

(4)反應②中固體TiO2轉化成(NH4)2Ti5O15溶液時，Ti元素的浸出率與反應溫度的關系如圖所示。反應溫度過高時，Ti元素浸出率下降的原因是________________________________。

 

(5)反應③的化學方程式是________________________。

(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式是____________________。

 

Answer 1

(1)＋2

(2)SiO2

(3)TiOCl42—＋H2OTiO2↓＋2H＋＋4Cl－

(4)溫度過高時，反應物氨水(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，因此濾渣A的成分是SiO2。(3)TiOCl42—轉化為TiO2，Ti的化合價不變，發生的是TiOCl42—的水解反應。(5)反應③為LiOH與(NH4)2Ti5O15的復分解反應。(6)根據得失電子守恒，可得關系式：2Fe2＋～H2O2～2Fe3＋～H2C2O4，則17%雙氧水與H2C2O4的質量比＝:90＝20:9。(7)該電池充電時陽極上LiFePO4發生氧化反應。

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。