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)的工艺流程如下图所示：

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的离子方程式为                            。

（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）写出由滤液D生成FePO₄的离子方程式                                         。

（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            。

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）2Fe2++2H3PO4+ H2O2==== 2FePO4↓+2H2O+4H+

（6）20：9

【解析】

试题分析：

（1）FeTiO3可表示为FeO·TiO2所以铁元素为+2价；

（2）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；

（4）由于二氧化钛与氨水、双氧水反应生成(NH4)2Ti5O15时，结合题意，可知温度过高时，反应物氨水或者双氧水受热易分解，所以反应温度过高时，钛元素浸出率降低；

（5）滤液D含有亚铁离子，与过氧化氢和磷酸反应生成FePO4，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+，根据电子守恒，所以双氧水与H2C2O4在反应过程中转移了相同数目的电子，因此可得关系H2O2～H2C2O4，设双氧水质量为x，草酸质量为y ，则

H2O2 ～ H2C2O4

34 90

x×17% y

有34：x×17%=90:y 则x:y=20/9。从而确定答案为20：9。

考点：考查制备实验方案的设计，电解原理，物质的分离和提纯的方法和基本操作的综合应用。