Question

钛白粉(TiO₂)是重要的白色颜料，LiFePO₄是锂离子电池的正极材料。一种利用钛铁矿( 主要成分为FeTiO₃ 和少量Fe₂O₃ )进行钛白粉和LiFePO₄ 的联合生产工艺如下图所示:

回答下列问题:

（1） LiFePO₄中Fe的化合价是_______________________。

（2）钛铁矿“酸溶”前需要进行粉碎，粉碎的目的是__________________________________。

（3）用离子方程式表示操作I加入铁粉的目的:__________________________。操作II为一系列操作，名称是加热浓缩、冷却结晶、过滤，其中用到的陶瓷仪器的名称是___________。

（4）TiO²⁺易水解，则其水解的离子方程式为______________________；“转化”利用的是TiO²⁺的水解过程，需要对溶液加热，加热的目的是________________________________。

（5）“沉铁”的的是使Fe³⁺生成FePO₄，当溶液中c(PO₄^3-)= 1.0×10^-17mol/L时可认为Fe³⁺ 沉淀完全，则溶液中Fe³⁺沉淀完全时的c(Fe³⁺)=_______mol/L[已知:该温度下，K_sp(FePO₄)=1.0×10^-22]。

（6）由“沉铁”到制备LiFePO₄的过程中，所需17%  H₂O₂溶液与草酸( H₂C₂O₄)的质量比是_____。

Answer

+2 增加钛铁矿与硫酸按触面积，增大酸溶速率 2H++Fe==H2↑+Fe2+、Fe+2Fe3+==3Fe2+ 蒸发皿 TiO2++2H2OTiO(OH)2+2H+ 促进水解( 或加快水解反应速率) 1.0×10-5 20:9

【解析】

钛铁矿[主要成分为钛酸亚铁(FeTiO)3，含有少量Fe2O3]加硫酸溶解生成TiO2+和Fe3+、Fe2+，加入铁还原铁离子：2Fe3++Fe=3Fe2+，得到硫酸亚铁和TiOSO4，对溶液蒸发浓缩、冷却结晶，过滤得到绿矾晶体和TiOSO4溶液，将TiOSO4溶液加热，促进TiO2+的水解生成TiO(OH)2，TiO2++2H2O=TiO(OH)2+2H+，分解得到钛白粉(TiO2)；将绿矾与过氧化氢、H3PO4混合沉铁：2Fe2++H2O2+2H3PO4=2FePO4↓+2H2O+4H+，将得到的FePO4与草酸、Li2CO3焙烧生成锂离子电池的正极材料LiFePO4。

根据上述分析可知，

(1)LiFePO4中Li的化合价为+1价，P为+5价O为-2价，根据正负化合价的代数和为0，Fe的化合价是+2，故答案为+2；

(2)钛铁矿“酸溶”前需要进行粉碎，粉碎可以增加钛铁矿与硫酸按触面积，增大酸溶速率，故答案为增加钛铁矿与硫酸按触面积，增大酸溶速率；

(3)加入铁粉主要是还原铁离子，也会与过量的酸反应：2H++Fe==H2↑+Fe2+、2Fe3++Fe=3Fe2+；操作II为一系列操作，名称是加热浓缩、冷却结晶、过滤，其中用到的陶瓷仪器为蒸发皿，故答案为2H++Fe==H2↑+Fe2+、Fe+2Fe3+==3Fe2+；蒸发皿；

(4)TiO2+易水解生成TiO(OH)2，其水解的离子方程式为TiO2++2H2OTiO(OH)2+2H+；“转化”利用的是TiO2+的水解过程，需要对溶液加热，加热可以促进水解，故答案为TiO2++2H2OTiO(OH)2+2H+；促进水解；

(5)Ksp(FePO4)= c(Fe3+) c(PO43-)，则c(Fe3+)===1.0×10-5 mol/L，故答案为1.0×10-5；

(6)“沉铁”的为绿矾与过氧化氢、H3PO4混合生成FePO4，离子方程式为：2Fe2++H2O2+2H3PO4=2FePO4↓+2H2O+4H+，焙烧时的反应方程式为2FePO4+Li2CO3+H2C2O42LiFePO4+H2O+3CO2↑；H2O2与草酸( H2C2O4)的物质的量之比为1:1，则17%  H2O2溶液与草酸( H2C2O4)的质量比为=，故答案为。