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)的工业流程如图所示：

已知：FeTiO₃与盐酸反应的离子方程式为FeTiO₃＋4H^＋＋4Cl^－=Fe^2＋＋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)做电极组成电池，其工作原理为Li₄Ti₅O₁₂＋3LiFePO₄Li₇Ti₅O₁₂＋3FePO₄，该电池充电时阳极反应式是____________________。

Answer

(1)＋2

(2)SiO2

(3)TiOCl42—＋H2OTiO2↓＋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

(7)LiFePO4－e－=FePO4＋Li＋

【解析】(2)钛铁矿中只有SiO2不与盐酸反应，因此滤渣A的成分是SiO2。(3)TiOCl42—转化为TiO2，Ti的化合价不变，发生的是TiOCl42—的水解反应。(5)反应③为LiOH与(NH4)2Ti5O15的复分解反应。(6)根据得失电子守恒，可得关系式：2Fe2＋～H2O2～2Fe3＋～H2C2O4，则17%双氧水与H2C2O4的质量比＝:90＝20:9。(7)该电池充电时阳极上LiFePO4发生氧化反应。

点拨：本题考查锂离子电池电极材料的制备工艺流程，考查考生对化工流程的综合分析能力。难度较大。