Question

（14分）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－和水反应转化生成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_           。

（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

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

（6）20/9； （7）LiFePO4 – e—＝FePO4 + Li+

【解析】

试题分析：（1）FeTiO3可表示为FeO·TiO2所以铁元素为+2价，矿石中加入盐酸，滤渣为A为SiO2;(3)结合工业流程，根据质量守恒定律和电荷守恒，可确定反应的离子方程式；（5）结合流程确定反应物和生成物，根据质量守恒定律确定方程式；（6）分析有D→FePO4→LiFePO4,确定双氧水将Fe2+氧化为Fe3+，H2C2O4再将Fe3+还原为Fe2+，所以双氧水与H2C2O4在反应过程中转移了相同数目的电子，从而确定答案为20/9;(7)充电时阳极发生氧化反应，由总方程式可确定电极反应式为：LiFePO4 – e—＝FePO4 + Li+。

考点：铁钛化合物的性质、电解原理。