Question

Li₄Ti₅O₁₂和LiFePO₄都是锂离子电池的电极材料，可利用钛铁矿(主要成分为FeTiO₃，还含有少量MgO、SiO₂等杂质)来制备，工艺流程如下：

回答下列问题：

(1) “酸浸”实验中，铁的浸出率结果如图所示。由图可知：当铁的浸出率为70%时，所采用的实验条件为____________________。

(2) “酸浸”后，钛主要以TiOCl₄^2-形式存在，写出相应反应的离子方程式__________。

(3)TiO₂·xH₂O沉淀与双氧水、氨水反应40min所得实验结果如下表所示：

温度/℃	30	35	40	45	50
TiO2·xH2O转化率	92	95	97	93	88

分析40℃时TiO₂·xH₂O转化率最高的原因_____________________。

(4)Li₂Ti₅O₁₅中Ti的化合价为，其中过氧键的数目为______________。

(5)写出“高温煅烧②”中由FePO₄制备LiFePO₄的化学方程式_______________。

Answer

100℃、2h或90℃、5h FeTiO3+4H++4Cl-=Fe2++TiOCl42-+2H2O 40℃时TiO2•xH2O转化率最高，因低于40℃，TiO2•xH2O转化反应速率随温度升高而增加，超过40℃，双氧水分解与氨气逸出导致TiO2•xH2O转化反应速率下降 4 2FePO4+Li2CO3+H2C2O42LiFePO4+H2O+3CO2↑

【解析】

用钛铁矿(主要成分为FeTiO3，还含有少量MgO、SiO2等杂质）来制备Li4Ti5O12和LiFePO4，由制备流程可知，加盐酸过滤后的滤渣为SiO2，滤液①中含Mg2+、Fe2+、Ti4+，水解后过滤，沉淀为TiO2·xH2O，与双氧水反应Ti元素的化合价升高，生成(NH4)2Ti5O15，与LiOH反应后过滤得到Li2Ti5O15，再与碳酸锂高温反应生成Li4Ti5O12；水解后的滤液②中含Mg2+、Fe2+，双氧水可氧化亚铁离子，在磷酸条件下过滤分离出FePO4，高温煅烧②中发生2FePO4+Li2CO3+H2C2O42LiFePO4+H2O+3CO2↑，以此来解答。

(1)由图可知，当铁的浸出率为70%时，所采用的实验条件为选择温度为100℃、2h或90℃、5h；

(2)“酸浸”后，钛主要以TiOCl42-形式存在，相应反应的离子方程式为FeTiO3+4H++4Cl-=Fe2++TiOCl42-+2H2O；

(3)40℃时TiO2•xH2O转化率最高，因低于40℃，TiO2•xH2O转化反应速率随温度升高而增加，超过40℃，双氧水分解与氨气逸出导致TiO2•xH2O转化反应速率下降；

(4)Li2Ti5O15中Ti的化合价为+4，Li的化合价为+1价，由化合价的代数和为0可知，O元素的负价代数和为22，设过氧键的数目为x，则(x×2)×1+(15-x×2)×2=22，解得x=4，即Li2Ti5O15中过氧键的数目为4；

(5)“高温煅烧②”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式为：2FePO4+Li2CO3+H2C2O42LiFePO4+H2O+3CO2↑。