Question

【題目】（14分）Li4Ti3O12和LiFePO4都是鋰離子電池的電極材料，可利用鈦鐵礦（主要成分為Fe TiO3 ， 還含有少量MgO、SiO2等雜質）來制備，工藝流程如下：

回答下列問題：
（1）“酸浸”實驗中，鐵的浸出率結果如下圖所示．由圖可知，當鐵的凈出率為70%時，所采用的實驗條件為 ．

（2）“酸浸”后，鈦主要以TiOCl42﹣形式存在，寫出相應反應的離子方程式 ．
（3）TiO2xH2O沉淀與雙氧水、氨水反應40min所得實驗結果如下表所示:

溫度/℃	30	35	40	45	50
TiO2xH2O轉化率/%	92	95	97	93	88

分析40℃時TiO2xH2O轉化率最高的原因 ．
（4）Li2Ti5O15中Ti的化合價為+4，其中過氧鍵的數目為 ．
（5）若“濾液②”中c（Mg2+）=0.02molL﹣1 ， 加入雙氧水和磷酸（設溶液體積增加1倍），使Fe3+恰好沉淀完全即溶液中c（Fe3+）=1.0×10﹣5 ， 此時是否有Mg3（PO4）2沉淀生成？（列式計算）．FePO4、Mg3（PO4）2的分別為1.3×10﹣22、1.0×10﹣24
（6）寫出“高溫煅燒②”中由FePO4制備LiFePO4的化學方程式 ．

Answer 1

【答案】
（1）100℃，2h，90℃，5h
（2）FeTiO3+4H++4Cl﹣=Fe2++TiOCl42﹣+2H2O
（3）低于40℃，TiO2·xH2O轉化反應速率隨溫度升高而增加；超過40℃，雙氧水分解與氨氣逸出導致TiO2·xH2O轉化反應速率下降
（4）4
（5）c（PO43﹣）= =1.0×10﹣17mol/L，Qc[Mg3（PO4）2]=（ ）3×（1.0×10﹣17mol/L）2=1.69×10﹣40＜Ksp=1.0×10﹣24 ， 則無沉淀生成
（6）2FePO4+Li2CO3+H2C2O4 LiFePO4+H2O+3CO2↑
【解析】（1）由圖可知，當鐵的凈出率為70%時，100℃時用時間最少，所采用的實驗條件為選擇溫度為100℃，
故答案為：選擇溫度為100℃；（2）“酸浸”后，鈦主要以TiOCl42﹣形式存在，相應反應的離子方程式為FeTiO3+4H++4Cl﹣=Fe2++TiOCl42﹣+2H2O，
故答案為：FeTiO3+4H++4Cl﹣=Fe2++TiOCl42﹣+2H2O；（3）40℃時TiO2xH2O轉化率最高，因溫度高反應速率加快，但溫度過高過氧化氫分解、氨水易揮發，影響轉化率，故答案為：溫度高反應速率加快，但溫度過高過氧化氫分解、氨水易揮發，影響轉化率；（4）Li2Ti5O15中Ti的化合價為+4，Li的化合價為+1價，由化合價的代數和為0可知，O元素的負價代數和為22，設過氧鍵的數目為x，則（x×2）×1+（15﹣x×2）×2=22，解得x=4，故答案為：4；（5）Fe3+恰好沉淀完全即溶液中c（Fe3+）=1.0×10﹣5 ， 由Ksp（FePO4），可知c（PO43﹣）= =1.0×10﹣17mol/L，Qc[Mg3（PO4）2]=（ ）3×（1.0×10﹣17mol/L）2=1.69×10﹣40＜Ksp=1.0×10﹣24 ， 則無沉淀生成，
故答案為：c（PO43﹣）= =1.0×10﹣17mol/L，Qc[Mg3（PO4）2]=（ ）3×（1.0×10﹣17mol/L）2=1.69×10﹣40＜Ksp=1.0×10﹣24 ， 則無沉淀生成；（6）“高溫煅燒②”中由FePO4制備LiFePO4的化學方程式為2FePO4+Li2CO3+H2C2O4 LiFePO4+H2O+3CO2↑，
故答案為：2FePO4+Li2CO3+H2C2O4 LiFePO4+H2O+3CO2↑．
用鈦鐵礦（主要成分為Fe TiO3 ， 還含有少量MgO、SiO2等雜質）來制備Li4Ti3O12和LiFePO4 ， 由制備流程可知，加鹽酸過濾后的濾渣為SiO2 ， 濾液①中含Mg2+、Fe2+、Ti4+ ， 水解后過濾，沉淀為TiO2 ． xH2O，與雙氧水反應Ti元素的化合價升高，生成（NH4）2Ti5O15 ， 與LiOH反應后過濾得到Li2Ti5O15 ， 再與碳酸鋰高溫反應生成Li4Ti3O12；水解后的濾液②中含Mg2+、Fe2+ ， 雙氧水可氧化亞鐵離子，在磷酸條件下過濾分離出FePO4 ， 高溫煅燒②中發生2FePO4+Li2CO3+H2C2O4 LiFePO4+H2O+3CO2↑，以此來解答．