Question

钛酸锂电池应用广泛， 电池放电后负极材料主要含有Li₄Ti₅O₁₂、 铝箔及少量Fe， 可通过下列工艺流程回收钛、 锂。回答下列问题：

(1) Li₄Ti₅O₁₂中， Ti元素的化合价为___， 滤液1中含金属的阴离子是___(填离子符号)。

(2) 酸浸时 Li₄Ti₅O₁₂发生的反应是： Li₄Ti₅O₁₂+7H₂SO₄+5H₂O₂＝2Li₂SO₄+5[TiO(H₂O₂)]SO₄+7H₂O， 该反应是否属于氧化还原反应？___(填 “是” 或 “否”)； 滤渣1是___。

(3) 向[TiO(H₂O₂)]SO₄溶液中加入Na₂SO₃溶液发生反应的离子方程式为___。

(4) 向TiOSO₄溶液中通入NH₃发生反应的离子方程式为___。

(5) 沉淀TiO(OH)₂用蒸馏水洗涤的目的是___。

(6) 萃取时， 温度对萃取率的影响如图所示。由图分析知实验时选择在常温下进行即可， 理由是__。

(7)“萃取” 和 “反萃取” 可简单表示为：[TiO(H₂O₂)]²⁺＋2(HA)₂ [TiO(H₂O₂)](HA₂)₂＋2H⁺，则反萃取过程中加入的试剂X是___。

Answer

+4 AlO2－或Al(OH)4 － 否 Fe(OH)3 [TiO(H2O2)]2++SO32－=TiO2++SO42－+H2O TiO2++2NH3+ 2H2O=TiO(OH)2↓+2NH4+ 除去沉淀表面硫酸盐杂质 因常温下钛的萃取率已经比较高(90%以上)，温度升高对萃取率的增加幅度很小，所以不必升温 H2SO4

【解析】

由流程图可知，钛酸锂电池放电后负极材料主要含有Li4Ti5O12、 铝箔及少量Fe，加入氢氧化钠溶液碱浸，铝箔溶于氢氧化钠溶液生成偏铝酸钠和氢气，其他成分不溶于碱，过滤后滤液含有偏铝酸钠溶液；碱浸后的固体加入硫酸和过氧化氢酸浸氧化，Fe转化为Fe3+，加入氢氧化钠溶液调pH生成Fe(OH)3沉淀过滤除去，酸浸时 Li4Ti5O12发生的反应是： Li4Ti5O12+7H2SO4+5H2O2＝2Li2SO4+5[TiO(H2O2)]SO4+7H2O，经萃取和反萃取得到TiO(H2O2)] TiO(H2O2)SO4，水相中加入碳酸钠溶液得到Li2CO3沉淀；在TiO(H2O2)SO4溶液中加入亚硫酸钠溶液还原得到TiOSO4，再通入氨气产生TiO(O H)2沉淀，过滤后经蒸馏水洗去表面吸附的硫酸盐，再经干燥、煅烧得到纳米TiO2，据此分析解答。

(1) Li4Ti5O12中，Li为+1价，O为-2价，则 Ti元素的化合价为（122-1）5=+4；根据以上分析，碱浸时铝箔溶于氢氧化钠溶液生成偏铝酸钠，过滤后滤液含有偏铝酸钠溶液，所以滤液1中含金属的阴离子是AlO2－，

因此，本题正确答案是：+4；AlO2－；

(2) 由反应方程式 Li4Ti5O12+7H2SO4+5H2O2＝2Li2SO4+5[TiO(H2O2)]SO4+7H2O， 可知，反应前后元素化合价没发生变化，所以该反应不是氧化还原反应；

碱浸后的固体加入硫酸和过氧化氢酸浸氧化，Fe转化为Fe3+，加入氢氧化钠溶液调pH生成Fe(OH)3沉淀过滤除去，故滤渣1是Fe(OH)3，

因此，本题正确答案是：否；Fe(OH)3；

(3) [TiO(H2O2)]SO4与Na2SO3溶液发生氧化还原反应，反应的离子方程式为[TiO(H2O2)]2++SO32－=TiO2++SO42－+H2O，

因此，本题正确答案是：[TiO(H2O2)]2++SO32－=TiO2++SO42－+H2O；

(4) 由流程可知，TiOSO4溶液中通入NH3发生反应生成TiO(OH)2沉淀，反应的离子方程式为TiO2++2NH3+ 2H2O=TiO(OH)2↓+2NH4+，

因此，本题正确答案是：TiO2++2NH3+ 2H2O=TiO(OH)2↓+2NH4+ ；

(5) 沉淀TiO(OH)2表面会吸附溶液中的硫酸盐，所以要用蒸馏水洗涤除去杂质，

因此，本题正确答案是：除去沉淀表面硫酸盐杂质；

(6) 由温度对萃取率的影响图可知，常温下钛的萃取率已经比较高(90%以上)，温度升高对萃取率的增加幅度很小，所以不必升温，实验时选择在常温下进行即可，

因此，本题正确答案是：因常温下钛的萃取率已经比较高(90%以上)，温度升高对萃取率的增加幅度很小，所以不必升温；

(7) [TiO(H2O2)]2+＋2(HA)2 [TiO(H2O2)](HA2)2＋2H+，根据平衡移动原理，反萃取过程是使平衡逆向移动，可以采取增大生成物浓度得方法，即增大氢离子浓度，加入的试剂X是H2SO4，

因此，本题正确答案是：H2SO4。