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^－=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)TiOCl₄^2—＋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^＋

(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)TiOCl₄^2—轉化為TiO₂，Ti的化合價不變，發生的是TiOCl₄^2—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：2Fe^2＋～H₂O₂～2Fe^3＋～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。