Question

【题目】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)的工艺流程如下图所示：

(1)化合物Li2Ti5O15中钛元素的化合价是+4价，氧元素的化合价为__________。

(2)钛铁矿与硫酸反应时，常将钛铁矿粉碎，其目的是：__________，滤渣A的成分是__________。

(3)固体TiO2转化(NH4)2Ti5O15的离子方程式为__________，该反应__________氧化还原反应 (填“属于” 或“不属于” )。

(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)(NH4)2Ti5O15转化为Li2Ti5O15的离子方程式为：__________。

(6)写出由滤液D生成FePO4的离子方程式__________。

(7)由滤液D制各LiFePO4的过程中，所需17%双氧水与H2C2O4的质量比是__________。

Answer 1

【答案】 -2、-1 增大接触面积加快反应速率,提高浸出率 SiO2 CaSO4 5TiO2+4H2O2+2NH3·H2O=2NH4++Ti5O152-+5H2O 不属于 温度过高时,反应物氨水(或双氧水)会受热分解 Ti5O152-+2Li+=Li2Ti5O15↓ 2Fe2++2H3PO4+H2O2=2FePO4↓+2H2O+4H+ 20∶9

【解析】铁矿石加入硫酸溶解过滤得到滤渣A为二氧化硅和硫酸钙，滤液B中含有Mg2+、Fe2+、Ti4+等，加热促进水解，过滤得到沉淀TiO2，加入过氧化氢和氨水反应得到（NH4）2Ti5O15，加入氢氧化锂溶液得到沉淀Li2Ti5O15，加入碳酸锂煅烧得到钛酸锂Li4Ti5O12，滤液D加入过氧化氢将Fe2+氧化为Fe3+，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)化合物Li2Ti5O15中钛元素的化合价是+4价，Li元素的化合价为+1价，根据正负化合价的代数和为0，氧元素的化合价为-2、-1，故答案为：-2、-1；

（2）钛铁矿与硫酸反应时，常将钛铁矿粉碎，可以增大接触面积加快反应速率，提高浸出率，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，故答案为：增大接触面积加快反应速率，提高浸出率；SiO2 、CaSO4；

(3) 二氧化钛与氨水、双氧水反应生成（NH4）2Ti5O15的离子方程式为5TiO2+4H2O2+2NH3·H2O=2NH4++Ti5O152-+5H2O，反应中没有元素的化合价发生变化，不属于氧化还原反应，故答案为：5TiO2+4H2O2+2NH3·H2O=2NH4++Ti5O152-+5H2O；不属于；

（4）由于二氧化钛与氨水、双氧水反应生成（NH4）2Ti5O15时，温度过高，双氧水和氨水都容易分解，所以反应温度过高时，Ti元素浸出率下降，故答案为：温度过高时，反应物氨水（或双氧水）受热易分解；

(5) （NH4）2Ti5O15，加入氢氧化锂溶液得到沉淀Li2Ti5O15，反应的离子方程式为Ti5O152-+2Li+=Li2Ti5O15↓，故答案为：Ti5O152-+2Li+=Li2Ti5O15↓；

（6）过氧化氢将Fe2+氧化为Fe3+，加入磷酸得到沉淀磷酸铁，反应离子方程式为：2Fe2++2H3PO4+H2O2=2FePO4↓+2H2O+4H+，故答案为：2Fe2++2H3PO4+H2O2=2FePO4↓+2H2O+4H+；

（7）根据电子守恒，过氧化氢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，则：

H2O2～H2C2O4

34 90

x×17% y

所以=，整理可得x：y=20：9，17%双氧水与H2C2O4的质量比为20：9，故答案为：20：9。