Question

【題目】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)的工藝流程如下圖所示：

(1)化合物L(fēng)i2Ti5O15中鈦元素的化合價(jià)是+4價(jià)，氧元素的化合價(jià)為__________。

(2)鈦鐵礦與硫酸反應(yīng)時(shí)，常將鈦鐵礦粉碎，其目的是：__________，濾渣A的成分是__________。

(3)固體TiO2轉(zhuǎn)化(NH4)2Ti5O15的離子方程式為__________，該反應(yīng)__________氧化還原反應(yīng) (填“屬于” 或“不屬于” )。

(4)反應(yīng)②中固體TiO2、轉(zhuǎn)化成(NH4)2Ti5O15溶液時(shí)，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(shí),Ti 元素浸出率下降的原因是__________。

(5)(NH4)2Ti5O15轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)i2Ti5O15的離子方程式為：__________。

(6)寫出由濾液D生成FePO4的離子方程式__________。

(7)由濾液D制各LiFePO4的過程中，所需17%雙氧水與H2C2O4的質(zhì)量比是__________。

Answer 1

【答案】 -2、-1 增大接觸面積加快反應(yīng)速率,提高浸出率 SiO2 CaSO4 5TiO2+4H2O2+2NH3·H2O=2NH4++Ti5O152-+5H2O 不屬于 溫度過高時(shí),反應(yīng)物氨水(或雙氧水)會(huì)受熱分解 Ti5O152-+2Li+=Li2Ti5O15↓ 2Fe2++2H3PO4+H2O2=2FePO4↓+2H2O+4H+ 20∶9

【解析】鐵礦石加入硫酸溶解過濾得到濾渣A為二氧化硅和硫酸鈣，濾液B中含有Mg2+、Fe2+、Ti4+等，加熱促進(jìn)水解，過濾得到沉淀TiO2，加入過氧化氫和氨水反應(yīng)得到（NH4）2Ti5O15，加入氫氧化鋰溶液得到沉淀Li2Ti5O15，加入碳酸鋰煅燒得到鈦酸鋰Li4Ti5O12，濾液D加入過氧化氫將Fe2+氧化為Fe3+，加入磷酸得到沉淀磷酸鐵，加入碳酸鋰和草酸煅燒得到磷酸亞鐵鋰LiFePO4。

(1)化合物Li2Ti5O15中鈦元素的化合價(jià)是+4價(jià)，Li元素的化合價(jià)為+1價(jià)，根據(jù)正負(fù)化合價(jià)的代數(shù)和為0，氧元素的化合價(jià)為-2、-1，故答案為：-2、-1；

（2）鈦鐵礦與硫酸反應(yīng)時(shí)，常將鈦鐵礦粉碎，可以增大接觸面積加快反應(yīng)速率，提高浸出率，由于雜質(zhì)中二氧化硅不溶于鹽酸，所以濾渣A成分是二氧化硅，故答案為：增大接觸面積加快反應(yīng)速率，提高浸出率；SiO2 、CaSO4；

(3) 二氧化鈦與氨水、雙氧水反應(yīng)生成（NH4）2Ti5O15的離子方程式為5TiO2+4H2O2+2NH3·H2O=2NH4++Ti5O152-+5H2O，反應(yīng)中沒有元素的化合價(jià)發(fā)生變化，不屬于氧化還原反應(yīng)，故答案為：5TiO2+4H2O2+2NH3·H2O=2NH4++Ti5O152-+5H2O；不屬于；

（4）由于二氧化鈦與氨水、雙氧水反應(yīng)生成（NH4）2Ti5O15時(shí)，溫度過高，雙氧水和氨水都容易分解，所以反應(yīng)溫度過高時(shí)，Ti元素浸出率下降，故答案為：溫度過高時(shí)，反應(yīng)物氨水（或雙氧水）受熱易分解；

(5) （NH4）2Ti5O15，加入氫氧化鋰溶液得到沉淀Li2Ti5O15，反應(yīng)的離子方程式為Ti5O152-+2Li+=Li2Ti5O15↓，故答案為：Ti5O152-+2Li+=Li2Ti5O15↓；

（6）過氧化氫將Fe2+氧化為Fe3+，加入磷酸得到沉淀磷酸鐵，反應(yīng)離子方程式為：2Fe2++2H3PO4+H2O2=2FePO4↓+2H2O+4H+，故答案為：2Fe2++2H3PO4+H2O2=2FePO4↓+2H2O+4H+；

（7）根據(jù)電子守恒，過氧化氫氧化鐵元素轉(zhuǎn)移的電子就等于鐵離子氧化草酸轉(zhuǎn)移的電子數(shù)，因此可得關(guān)系式：H2O2～H2C2O4，設(shè)雙氧水質(zhì)量為x，草酸質(zhì)量為y，則：

H2O2～H2C2O4

34 90

x×17% y

所以=，整理可得x：y=20：9，17%雙氧水與H2C2O4的質(zhì)量比為20：9，故答案為：20：9。