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++TiOCl42-+2H2O
（1）滤渣A的成分是 ．
（2）滤液B中TiOCl42-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
Li7Ti5O12+3FePO4该电池充电时阳极反应式是 ．
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 |
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、TiOCl42-，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，TiOCl42-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．
（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，TiOCl42-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、TiOCl42-，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，TiOCl42-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：TiOCl42-+H2O
TiO2↓+2H++4Cl-，
故答案为：TiOCl42-+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+．
（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，TiOCl42-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：TiOCl42-+H2O
| ||
故答案为：TiOCl42-+H2O
| ||
（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
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