Question

6．磷酸亚铁锂（LiFePO₄）是一种重要的锂离子电池电极材料，利用钛铁矿制备，钛铁矿的主要成分为FeTiO₃（可表示为FeO•TiO₂），含有少量MgO、CaO、SiO₂等杂质．工业上制取磷酸亚铁锂的流程如图所示：

已知：FeTiO₃与盐酸反应的离子方程式为：FeTiO₃+4H⁺+4Cl^-═Fe²⁺+TiOCl₄^2-+2H₂O
请回答下列问题：
（1）写出①中杂质溶解的化学方程式MgO+2HCl=MgCl₂+H₂O，CaO+2HCl=CaCl₂+H₂O；
（2）纯净的滤渣A是制造光导纤维的基本原料；
（3）滤液B中TiOCl${\;}_{4}^{2-}$转化生成TiO₂的离子方程式是TiOCl₄^2-+H₂O=TiO₂↓+2H⁺+4Cl^-；
（4）②中反应的离子方程式是2Fe²⁺+H₂O₂+2H₃PO₄=2FePO₄↓+2H₂O+4H⁺；
（5）由滤液D制备LiFePO₄的过程中，所需H₂C₂O₄与34%双氧水的质量比是10：9；
（6）用磷酸亚铁锂（LiFePO₄）作电极组成电池，其工作原理为：FePO₄+Li$?_{充电}^{放电}$LiFePO₄，该电池充电时阳极反应式是LiFePO₄-e^-=FePO₄+Li⁺．

Answer 1

分析 铁矿石加入盐酸溶解过滤得到滤渣为二氧化硅，滤液B为MgCl₂、CaCL₂，FeCl₂、TiOCl₄^2-，加热促进水解，过滤得到沉淀TiO₂，滤液D中加入过氧化氢氧化亚铁离子，加入磷酸得到沉淀磷酸铁，加入碳酸锂和草酸煅烧得到磷酸亚铁锂LiFePO₄；
（1）钛铁矿的主要成分为FeTiO₃（可表示为FeO•TiO₂），含有少量MgO、CaO、SiO₂等杂质，杂质中二氧化硅不溶于稀盐酸，成为滤渣A，FeTiO₃（可表示为FeO•TiO₂）和含有少量MgO、CaO溶于盐酸生成盐溶液，过滤得到滤液B为MgCl₂、CaCL₂，FeCl₂、TiOCl₄^2-；
（2）上述分析可知滤渣A为二氧化硅是光导纤维的基本材料；
（3）根据流程图示，TiOCl₄^2-在溶液中加热与水反应生成二氧化钛沉淀，结合电荷守恒和原子守恒写出离子方程式；
（4）滤液D中加入过氧化氢氧化亚铁离子，加入磷酸得到沉淀磷酸铁；
（5）根据电子守恒找出双氧水与草酸的关系式，然后列式计算计算出17%双氧水与H₂C₂O₄的质量比；
（6）电池放电时原电池原理，Li失电子发生氧化反应做原电池负极，FePO₄在正极得到电子发生还原反应生成LiFePO₄．

解答 解：（1）钛铁矿的主要成分为FeTiO₃（可表示为FeO•TiO₂），含有少量MgO、CaO、SiO₂等杂质，杂质中二氧化硅不溶于稀盐酸，成为滤渣A，FeTiO₃（可表示为FeO•TiO₂）和含有少量MgO、CaO溶于盐酸生成盐溶液，过滤得到滤液B为MgCl₂、CaCL₂，FeCl₂、TiOCl₄^2-，杂质溶解的化学方程式为：MgO+2HCl=MgCl₂+H₂O，CaO+2HCl=CaCl₂+H₂O，
故答案为：MgO+2HCl=MgCl₂+H₂O，CaO+2HCl=CaCl₂+H₂O；
（2）由于杂质中二氧化硅不溶于盐酸，所以滤渣A成分是二氧化硅，是光导纤维的基本材料，
故答案为：光导纤维；
（3）根据流程可知，TiOCl₄^2-在溶液中加热与水反应生成二氧化钛沉淀，反应的离子方程式为：TiOCl₄^2-+H₂O=TiO₂↓+2H⁺+4Cl^-，
故答案为：TiOCl₄^2-+H₂O=TiO₂↓+2H⁺+4Cl^-；
（4）滤液D中加入过氧化氢氧化亚铁离子，加入磷酸得到沉淀磷酸铁，结合原子守恒和电荷守恒写出反应的离子方程式为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H₃PO₄=2FePO₄↓+2H₂O+4H⁺，
故答案为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H₃PO₄=2FePO₄↓+2H₂O+4H⁺；
（5）根据电子守恒，氧化铁元素转移的电子就等于铁离子氧化草酸转移的电子数，
因此可得关系式：H₂O₂～H₂C₂O₄，设双氧水质量为x，草酸质量为y，
                34     90
              x×34%    y
 34y=90×x×34%，x：y=10：9，
34%双氧水与H₂C₂O₄的质量比为10：9，
故答案为：10：9；
（6）用磷酸亚铁锂（LiFePO₄）作电极组成电池，其工作原理为：FePO₄+Li$?_{充电}^{放电}$LiFePO₄，充电过程为电解池反应，该电池充电时阳极是LiFePO₄，失电子发生氧化反应，电极反应式是：LiFePO₄-e^-=FePO₄+Li⁺，
故答案为：LiFePO₄-e^-=FePO₄+Li⁺．

点评 本题考查物质制备、分离提纯，原电池、电解池原理的分析判断，主要是过程分析判断，化学方程式和离子方程式的书写应用，掌握物质性质是解题关键，题目难度中等．