Question

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。利用钛铁矿制备锂离子电池电极材料(钛酸锂Li₄Ti₅O₁₂和磷酸亚铁锂LiFePO₄)的工业流程如图所示：

已知：FeTiO₃与盐酸反应的离子方程式为FeTiO₃＋4H^＋＋4Cl^－=Fe^2＋＋TiOCl₄^2—＋2H₂O
(1)化合物FeTiO₃中铁元素的化合价是________。
(2)滤渣A的成分是________。
(3)滤液B中TiOCl₄^2—转化生成TiO₂的离子方程式是________________。
(4)反应②中固体TiO₂转化成(NH₄)₂Ti₅O₁₅溶液时，Ti元素的浸出率与反应温度的关系如图所示。反应温度过高时，Ti元素浸出率下降的原因是________________________________。

(5)反应③的化学方程式是________________________。
(6)由滤液D制备LiFePO₄的过程中，所需17%双氧水与H₂C₂O₄的质量比是________。
(7)若采用钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)和磷酸亚铁锂(LiFePO₄)做电极组成电池，其工作原理为Li₄Ti₅O₁₂＋3LiFePO₄Li₇Ti₅O₁₂＋3FePO₄，该电池充电时阳极反应式是____________________。

Answer 1

(1)＋2
(2)SiO₂
(3)TiOCl₄^2—＋H₂OTiO₂↓＋2H^＋＋4Cl^－
(4)温度过高时，反应物氨水(或双氧水)受热易分解
(5)(NH₄)₂Ti₅O₁₅＋2LiOH=Li₂Ti₅O₁₅↓＋2NH₃·H₂O(或2NH₃＋2H₂O)
(6)20?9
(7)LiFePO₄－e^－=FePO₄＋Li^＋

(2)钛铁矿中只有SiO₂不与盐酸反应，因此滤渣A的成分是SiO₂。(3)TiOCl₄^2—转化为TiO₂，Ti的化合价不变，发生的是TiOCl₄^2—的水解反应。(5)反应③为LiOH与(NH₄)₂Ti₅O₁₅的复分解反应。(6)根据得失电子守恒，可得关系式：2Fe^2＋～H₂O₂～2Fe^3＋～H₂C₂O₄，则17%双氧水与H₂C₂O₄的质量比＝:90＝20:9。(7)该电池充电时阳极上LiFePO₄发生氧化反应。
点拨：本题考查锂离子电池电极材料的制备工艺流程，考查考生对化工流程的综合分析能力。难度较大。