Question

【题目】Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料，可利用钛铁矿（主要成分为FeTiO3，还含有少量MgO、SiO2等杂质）来制备，工艺流程如下：

回答下列问题：

（1）“酸浸”实验中，铁的浸出率结果如图所示。由图可知，当铁的浸出率为70%时，所采用的实验条件为___________________。“酸浸”实验中为了提高酸浸的效率，除了升温还可以采取的措施有___________________（至少写两种）。

（2）“酸浸”后，“滤液①”钛主要以形式存在，写出其水解生成TiO2·xH2O的离子方程式__________________。

（3）TiO2·xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40 min所得实验结果如下表所示：

温度/℃	30	35	40	45	50
TiO2·xH2O转化率%	92	95	97	93	88

分析40 ℃时TiO2·xH2O转化率最高的原因__________________。

（4）若“滤液②”中，加入双氧水和磷酸（设溶液体积增加1倍），使恰好沉淀完全即溶液中，此时是否有Mg3(PO4)2沉淀生成？_____________（列式计算）。FePO4、Mg3(PO4)2的Ksp分别为。

Answer 1

【答案】100℃、 2h ， 90℃ 、 5h 适当增加盐酸的浓度、将钛铁矿粉碎等 TiOCl42-+(x+2)H2O==4Cl-+TiO2·xH2O↓+2H+ 低于40℃，TiO2·xH2O转化反应速率随温度升高而增加；超过40℃，双氧水分解与氨气逸出导致TiO2·xH2O转化反应速率下降 Fe3+恰好沉淀完全时，c(PO43-)=mol·L1=1.3×10–17 mol·L1，c3(Mg2+)×c2(PO43-)＝(0.01)3×(1.3× 10–17)2=1.7× 10–40＜Ksp [Mg3(PO4)2]，因此不会生成Mg3(PO4)2沉淀

【解析】

用钛铁矿（主要成分为FeTiO3，还含有少量MgO、SiO2等杂质）来制备Li4Ti5O12和LiFePO4，由制备流程可知，加盐酸过滤后的滤渣为SiO2，滤液①中含Mg2+、Fe2+、Ti4+，水解后过滤，沉淀为TiO2．xH2O，与双氧水反应Ti元素的化合价升高，生成（NH4）2Ti5O15，与LiOH反应后过滤得到Li2Ti5O15，再与碳酸锂高温反应生成Li4Ti5O12；水解后的滤液②中含Mg2+、Fe2+，双氧水可氧化亚铁离子，在磷酸条件下过滤分离出FePO4，高温煅烧②中发生2FePO4+Li2CO3+H2C2O42LiFePO4+H2O+3CO2↑，以此来解答。

（1）由图可知，当铁的浸出率为70%时，所采用的实验条件为选择温度为100℃、2h或90℃、5h；

“酸浸”实验中为了提高酸浸的效率，除了升温还可以采取的措施有适当增加盐酸的浓度、将钛铁矿粉碎等；

（2）“酸浸”后，钛主要以TiOCl42-形式存在，水解生成TiO2·xH2O的离子方程式TiOCl42-+(x+2)H2O==4Cl-+TiO2·xH2O↓+2H+；

（3）40℃时TiO2xH2O转化率最高，低于40℃，TiO2·xH2O转化反应速率随温度升高而增加；超过40℃，双氧水分解与氨气逸出导致TiO2·xH2O转化反应速率下降；

（4）Fe3+恰好沉淀完全时，c(PO43-)=mol·L1=1.3×10–17 mol·L1，c3(Mg2+)×c2(PO43-)＝(0.01)3×(1.3× 10–17)2=1.7× 10–40＜Ksp [Mg3(PO4)2]，因此不会生成Mg3(PO4)2沉淀。