Question

钛酸锂(Li₂TiO₃)白色粉末、熔点1520~1564℃、不溶于水，具有极强的助溶性质。利用锂辉石（主要成份Li₂O·Al₂O₃·4SiO₂，含有少量杂质MgO、Fe₂O₃等）制备钛酸锂的流程如下：

（1）钛酸锂(Li₂TiO₃)中钛元素化合价为________。

（2）对锂辉石进行焙烧主要目的之一是使Al₂O₃变性而不与酸反应，为了焙烧充分可以采取的措施是_____________。（写一条即可）

（3）写出酸浸时Fe₂O₃与H₂SO₄反应的离子方程式__________。

（4）水浸时加入碳酸钙是调整pH，主要使____________（填离子符号）沉淀。滤渣B为MgCO₃、______、________（填化学式）。

( K_sp[Mg(OH)₂]=1.8×10^-11、K_sp[MgCO₃]=6.8×10^-6、K_sp[Fe(OH)₃]=4.0×10^-38)

（5）步骤①中控制H₂TiO₃与LiOH·H₂O物质的量之比为____投料即可。

（6）新型钛酸锂Li₄Ti₅O₁₂是“寿命最长”的电池负极材料，当Li⁺迁入时，该电极则_____（填“得到电子”或“失去电子”）。

Answer

+4价 研碎 Fe2O3 + 6H+ ＝2Fe3++ +3H2O Fe3+ CaCO3 Mg(OH)2 1:2 得到电子

【解析】锂辉石焙烧使Al2O3变性而不与酸反应，用稀硫酸溶解焙烧料得Fe2(SO4)3、MgSO4、Li2SO4，变性的Al2O3、SiO2不溶于稀硫酸，加入CaO调节溶液pH，使Fe3+完全转化为Fe(OH)3沉淀，经过滤得到的滤渣A；滤液中加入纯碱，可除去溶液中的Ca2+、Mg2+,可得到CaCO3、MgCO3、Mg(OH)2沉淀，则过滤得到的滤渣B为CaCO3、MgCO3和Mg(OH)2沉淀；滤液中加入NaOH碱化得到LiOH·H2O；H3TiO3与LiOH·H2O作用得到钛酸锂(Li2TiO3)；

(1)钛酸锂(Li2TiO3)中Li为+1价，O为-2价，根据化合价代数和为0，可知钛元素化合价为+4价；

(2)将锂辉石研碎，增大受热面积，可使焙烧充分；

(3)酸浸时Fe2O3与H2SO4反应生成硫酸铁和水，反应的离子方程式为Fe2O3 + 6H+ ＝2Fe3++ +3H2O。

(4)水浸时加入碳酸钙是调整pH，促进Fe3+水解，使Fe3+完全沉淀。由分析可知滤渣B为MgCO3、CaCO3、Mg(OH)2；

(5)结合钛酸锂(Li2TiO3)的组成，根据原子守恒，步骤①中控制H2TiO3与LiOH·H2O物质的量之比为1:2投料即可；

(6)原电池工作时，阳离子向正极移动，在正极表面得电子发生还原反应，则新型钛酸锂Li4Ti5O12是“寿命最长”的电池负极材料，当Li+迁入时，该电极为正极，则得到电子。