Question

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）的工业流程如下图所示：   

已知：FeTiO₃与盐酸反应的离子方程式为：FeTiO₃＋4H⁺＋4Cl^-＝Fe²⁺＋TiOCl₄^2-＋2H₂O

（1）化合物FeTiO₃中铁元素的化合价是        。

（2）滤渣A的成分是            。

（3）滤液B中TiOCl₄^2- 转化生成TiO₂的离子方程式是                          。

（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下图所示。反应温度过高时，Ti元素浸出率下降的原因是                     。

（5）反应③的化学方程式是                                                  。

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

（7）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＋3LiFePO₄Li₇Ti₅O₁₂＋3FePO₄

该电池充电时阳极反应式是                                            。

Answer

（12分，每空2分）

（1）+2

（2）SiO2

（3）TiOCl42-＋H2O TiO2↓＋2H+＋4Cl-

（4）温度过高时，反应物氨水（或双氧水）受热易分解

（5） (NH4)2Ti5O15＋2LiOH＝Li2Ti5O15↓＋2NH3·H2O（或2NH3＋2H2O）

（6）20/9（1分）

（7）LiFePO4 – e-＝FePO4＋Li+（1分）

【解析】

试题分析：（1）根据题目所给信息：可表示为FeO·TiO2，可知Fe的化合价为：+2。

（2）FeTiO3 、MgO、CaO与HCl反应，剩下的固体只有SiO2。

（3）过滤后未加其他反应物，所以TiOCl42-与H2O反应，生成TiO2，同时生成H+、Cl‾。

（4）TiOCl42- 转化为TiO2时，需要加入反应物双氧水、氨水，这两种物质受热易分解。

（5）(NH4)2Ti5O15为铵盐，LiOH为强碱，发生复分解反应，根据反应规律，即可写出化学方程式。

（6）分析反应流程，H2O2把Fe2+氧化为Fe3+，H2C2O4把Fe3+还原为Fe2+，H2O2中O由-1价变为-2价，H2C2O4由+3价变为+4价，根据电子转移总数相等得：m(H2O2)×17÷200g/mol×2=m(H2C2O4)÷90g/mol×2，得m(H2O2)：m(H2C2O4)= 20/9。

（7）电池充电时阳极反应为失电子反应，LiFePO4中Fe失去1个电子，由+2价变为+3价，生成FePO4，同时得到Li+。

考点：本题考查化学工艺流程图的分析，化合价的判断、化学方程式及离子方程式的书写、有关氧化还原反应的计算。