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^－=Fe^2＋＋TiOCl＋2H₂O。

（1）若在实验室中煅烧固体混合物，会用到多种硅酸盐质的仪器，除玻璃棒、酒精灯、泥三角外，还有________(填仪器名称)。流程中多次涉及沉淀，则洗涤沉淀的方法是              。

（2）生产中利用滤渣A制备半导体的反应方程式是_________________。

（3）滤液B中TiOCl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有关，反应温度过高时，Ti元素浸出率会下降，其原因是__________      ____。

（5）由滤液D制备LiFePO₄的过程中，所需双氧水与H₂C₂O₄的物质的量比是_________。

Answer

（1）三角架、坩埚；向漏斗中加水至浸没沉淀，待水自然流下后，再重复2-3次；

（2）2C+ SiO22CO + Si；

（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）1：1。

【解析】

试题分析：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、TiCl2，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）在空气中灼烧固体混合物D时，所用到的仪器有坩埚、泥三角、三角架、酒精灯，玻璃棒，沉淀的洗涤方法：向漏斗中加水至浸没沉淀，待水自然流下后，再重复2-3次，故答案为：三角架、坩埚；向漏斗中加水至浸没沉淀，待水自然流下后，再重复2-3次；

（2）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，二氧化硅与碳在高温下反应生成硅和一氧化碳，反应方程式为2C+ SiO22CO + Si，故答案为：2C+ SiO22CO + Si；

（3）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-；

（4）由于二氧化钛与氨水、双氧水反应生成(NH4)2Ti5O15时，温度过高，双氧水和氨水都容易分解，所以反应温度过高时，Ti元素浸出率下降，故答案为：温度过高时，反应物氨水(或双氧水)受热易分解；

（5）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，双氧水与H2C2O4的物质的量比为1：1，故答案为：1：1。

考点：考查了制备实验方案的设计；物质分离和提纯的相关知识。