Question

15．钛酸锂（Li₂TiO₃）白色粉末、熔点1520～1564℃、不溶于水，具有极强的助溶性质．利用锂辉石（主要成份Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂，含有少量杂质MgO、Fe₂O₃等）制备钛酸锂的流程如图：

（1）钛酸锂（Li₂TiO₃）中钛元素化合价为+4．
（2）对锂辉石进行焙烧主要目的之一是使Al₂O₃变性而不与酸反应，为了焙烧充分可以采取的措施是研磨．（写一条即可）
（3）写出酸浸时Fe₂O₃与H₂SO₄反应的离子方程式Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺⁺+3H₂O．
（4）水浸时加入碳酸钙是调整pH，主要使Fe³⁺（填离子符号）沉淀．滤渣B为MgCO₃、CaCO₃、Mg（OH）₂（填化学式）．
（ K_sp[Mg（OH）₂]=1.8×10^-11、K_sp[MgCO₃]=6.8×10^-6、K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38）
（5）步骤①中控制H₂TiO₃与LiOH•H₂O物质的量之比为1：2投料即可．
（6）新型钛酸锂Li₄Ti₅O₁₂是“寿命最长”的电池负极材料，当Li⁺迁入时，该电极则得到电子（填“得到电子”或“失去电子”）．

Answer 1

分析 已知锂辉石（主要成分为Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂）为原材料制备Li₂CO₃的工艺流程：焙烧Li₂O•Al₂O₃•4SiO₂使Al₂O₃变性，加硫酸，浸取，酸浸后得到的酸性溶液中含有Li⁺、SO₄^2-，另含有Fe³⁺、Mg²⁺、Ca²⁺等杂质，在搅拌下加入石灰石调节pH，使Fe³⁺转化为氢氧化物沉淀，然后转化为氢氧化铁沉淀，过滤，Na₂CO₃溶液加入浸出液中，镁离子转化为氢氧化镁沉淀，钙离子转化为碳酸钙沉淀，滤渣B为MgCO₃、CaCO₃、Mg（OH）₂，过滤得硫酸锂溶液，再加氢氧化钠溶液得到LiOH•H₂O，与H₂TiO₃反应得到碳酸锂，据此分析解答．

解答 解：（1）钛酸锂（Li₂TiO₃）中氧元素-2价，氢元素+1价，化合物化合价代数和为0，则钛元素化合价为+4价；
故答案为：+4；
（2）研碎可是焙烧充分；
故答案为：研磨；
（3）酸浸时Fe₂O₃与H₂SO₄反应生成硫酸铁和水，离子方程式为：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺⁺+3H₂O；
故答案为：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺⁺+3H₂O；
（4）水浸时加入碳酸钙是调整pH，使Fe³⁺转化为氢氧化物沉淀，Na₂CO₃溶液加入浸出液中，镁离子转化为氢氧化镁沉淀和MgCO₃沉淀，多余的钙离子转化为CaCO₃沉淀，故渣B为MgCO₃、CaCO₃、Mg（OH）₂；
故答案为：CaCO₃、Mg（OH）₂；
（5）H₂TiO₃与LiOH•H₂O反应得到碳酸锂，反应为：H₂TiO₃+2LiOH•H₂O=Li₂TiO₃+4H₂O，则控制H₂TiO₃与LiOH•H₂O物质的量之比为1：2；
故答案为：1：2；
（6）阳离子移向与得电子一极，新型钛酸锂Li₄Ti₅O₁₂是“寿命最长”的电池负极材料，当Li⁺迁入时，该电极则得到电子；
故答案为：得到电子．

点评 本题考查了物质的制备，涉及对工艺流程的理解、氧化还原反应、对条件的控制选择与理解、原电池原理等，理解工艺流程原理是解题的关键，是对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础与灵活运用能力，题目难度中等．