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-=Fe2++TiOCl42-+2H2O(1)滤渣A的成分是．(2)滤液B中TiOCl42-转化生� 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

题目内容

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^-=Fe²⁺+TiOCl₄^2-+2H₂O
（1）滤渣A的成分是

．
（2）滤液B中TiOCl₄^2-转化生成TiO₂的离子方程式是

．
（3）反应③的化学方程式是

．
（4）由滤液D制备LiFePO₄的过程中，理论上所需17%双氧水与H₂C₂O₄的质量比是

．
（5）若采用钛酸锂（Li₄Ti₅O₁₂）和磷酸亚铁锂（LiFePO₄）作电极组成电池，其工作原理为：Li₄Ti₅O₁₂+3LiFePO₄

充电

放电

Li₇Ti₅O₁₂+3FePO₄该电池充电时阳极反应式是

．

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,制备实验方案的设计

专题：实验设计题

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，过滤得到彻底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）操作①是过滤操作，依据过滤装置分析仪器；MgO、CaO、SiO₂等杂质中，二氧化硅不溶于稀盐酸，成为滤渣A；
（2）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；
（3）反应③是（NH₄）₂Ti₅O₁₅与强氧化锂反应生成Li₂Ti₅O₁₅沉淀和氨水；
（4）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；
（5）充电时按照电解槽进行分析，阳极氧化阴极还原，写出阳极放电的电解方程式即可．

解答： 解；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，过滤得到彻底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）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：SiO₂；
（2）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^-；
（3）根据流程图示可知，反应③是（NH₄）₂Ti₅O₁₅与强氧化锂反应生成Li₂Ti₅O₁₅沉淀和氨水，反应的化学方程式为：（NH₄）₂Ti₅O₁₅+2 LiOH=Li₂Ti₅O₁₅↓+2NH₃?H₂O（或2NH₃+2H₂O），
故答案为：（NH₄）₂Ti₅O₁₅+2 LiOH=Li₂Ti₅O₁₅↓+2NH₃?H₂O（或2NH₃+2H₂O）；
（4）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×17% y
34y=90×x×17%，x：y=20：9，
17%双氧水与H₂C₂O₄的质量比为20：9，
故答案为：20：9；
（5）充电时，阳极发生氧化反应，LiFePO₄失去电子生成FePO₄，电极反应为：LiFePO₄-e^-=FePO₄+Li⁺，故答案为：LiFePO₄-e^-=FePO₄+Li⁺．

点评：本题借助利用钛铁矿制备锂离子电池电极材料流程，为高频考点和高考常见题型，考查了离子方程式书写、电极方程式书写、化学计算等知识，涉及的内容较多，综合性较强，充分考查了学生的综合能力，本题难度中等．

练习册系列答案

相关题目

A、Li、Na、K的原子半径和密度随原子序数的增加而增大

B、C、P、S、Cl的最高氧化物对应水化物的酸性逐渐增强

C、根据主族元素最高正化合物与族序数的关系，推出卤族元素最高正价都是+7

D、元素的非金属性越强，其单质的活泼性一定越强

某化学课外活动小组欲制取纯Na₂CO₃溶液并讨论实验过程中的相关问题．实验中可供选择的试剂有：①大理石　②盐酸　③氢氧化钠溶液　④澄清石灰水．
三位同学设计的实验方案分别如下：
甲：NaOH溶液

Na₂CO₃固体→Na₂CO₃溶液
丙：NaOH溶液

Na₂CO₃溶液
请回答下列问题：
（1）请分别指出甲、乙两方案的主要缺点：
甲方案：

；乙方案：

．
（2）若采用丙方案制取纯Na₂CO₃溶液，其实验的关键是

．
（3）假设反应②所得的Na₂CO₃固体中混有未分解的NaHCO₃．乙同学选择用澄清石灰水测定其中NaHCO₃的质量分数，他

（填“能”或“不能”）达到实验目的．若能，请说明计算所需的数据

；若不能，请简要说明理由：．

“84消毒液”（ NaClO含量为8～10%，另含少量NaCl）置于空气中会逐渐变质，同学们对其成分（水除外）作如下探究：
（1）查阅资料
①“84消毒液”有漂白性和碱性，呈碱性的原因是

（用离子方程式解释）．

电离方程	H₂CO₃?H⁺+HCO₃^-	HCO₃^-?H⁺+CO₃^2-	HClO?H⁺+ClO^-
电离常数	K₁=4.4×lO^-7	K₂=4.7×10^-11	K=3×10^-8

②化学上用电离常数衡量弱电解质的电离能力．
③常温下，Ca（ClO）₂溶解度为21g；Cl₂在饱和食盐水中的溶解度小．
（2）提出假设甲同学根据是否变质和变质情况作出如下假设：
假设一：只含NaCl、NaClO．
假设二：肯定含NaCl，可能含NaClO、NaHCO₃、Na₂CO₃中至少一种．推测含NaHCO₃的依据是

（用方程式解释）．
假设三：只含NaCl．
（3）实验验证可选用药品：AgNO₃溶液、稀硝酸、澄清石灰水、酚酞、CaCl₂溶液
①甲同学取适量“84消毒液”样品于一支试管中，滴加澄清石灰水，出现白色沉淀，判定样品含Na₂CO₃．
乙同学认为甲的判断不准确，不能仅凭白色沉淀就确定含Na₂CO₃．因为

（用离子方程式解释）．
为此乙同学在甲的基础上继续实验：另取少量样品，滴加CaCl₂溶液，无白色沉淀．
②请你设计实验证明假设三不成立

．
③根据上述实验结果，该样品中一定含有

（填化学式）．
（4）定量检测
依据原理：2HCl（浓）+NaClO=NaCl+Cl₂↑+H₂O设计测定NaClO含量的实验如下：

取10g“84消毒液”样品，加足量Ca（OH）₂至沉淀完全，过滤并洗涤沉淀，将滤液和洗涤液合并混匀后加入下图装置A中（加热装置已略去）．然后加入浓盐酸，当不再有气体生成时，B中得到224mL液体（折合到标准状况）．a仪器的名称是

，实验测得原样品中NaClO的质量分数为

．

工业制备铝一般是从铝土矿（主要成分是Al₂O₃，含有Fe₂O₃杂质）中得到纯净的Al₂O₃，然后电解Al₂O₃ 得到铝．图是从提纯Al₂O₃的简单示意图，其中牵涉的一个反应是2NaAlO₂+CO₂+3H₂O=Na₂CO₃+2Al（OH）₃↓．

，若铝土矿中混有SiO₂，这样操作会对氧化铝的提取有什么影响？

有关元素的部分信息如下表所示：

元素	A	B	R	D
相应信息	短周期元素、最高正价为+7	基态原子中，电子占据的最高能层符号为L，最高能级上只有两个自旋方向的电子	R核外电子共有15种运动状态	D与A能形成两种常见的化合物DA₂，DA₃

回答下列问题：