Question

鈦鐵礦的主要成分為FeTiO₃（可表示為FeO?TiO₂），含有少量MgO、CaO、SiO₂等雜質．利用鈦鐵礦制備鋰離子電池電極材料（鈦酸鋰Li₄Ti₅O₁₂和磷酸亞鐵鋰LiFePO₄）的工業(yè)流程如圖1所示：

已知：FeTiO₃與鹽酸反應的離子方程式為：FeTiO₃+4H⁺+4Cl^-=Fe²⁺+TiOCl₄^2-+2H₂O
（1）化合物FeTiO₃中鐵元素的化合價是

 

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（2）濾渣A的成分是

 

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（3）濾液B中TiOCl₄^2-轉化生成TiO₂的離子方程式是

 

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（4）反應②中固體TiO₂轉化成（NH₄）₂Ti₅O₁₅溶液時，Ti元素的浸出率與反應溫度的關系如圖2所示．反應溫度過高時，Ti元素浸出率下降的原因是

 

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（5）反應③的化學方程式是

 

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Answer 1

考點：物質分離和提純的方法和基本操作綜合應用

專題：實驗設計題

分析：（1）根據(jù)反應FeTiO₃+4H⁺+4Cl^-=Fe²⁺+TiOCl₄^2-+2H₂O，不是氧化還原反應，可以判斷鐵元素化合價為+2價；
（2）MgO、CaO、SiO₂等雜質中，二氧化硅不溶于稀鹽酸，成為濾渣A；
（3）根據(jù)流程圖示，TiOCl₄^2-在溶液中加熱與水反應生成二氧化鈦沉淀；
（4）二氧化鈦與氨水、雙氧水反應生成NH₄）₂Ti₅O₁₅，溫度過高，雙氧水和氨水都容易分解；
（5）反應3是（NH₄）₂Ti₅O₁₅與強氧化鋰反應生成Li₂Ti₅O₁₅沉淀和氨水；
（6）根據(jù)電子守恒找出雙氧水與草酸的關系式，然后列式計算計算出17%雙氧水與H₂C₂O₄的質量比；
（7）充電時按照電解槽進行分析，陽極氧化陰極還原，寫出陽極放電的電解方程式即可．

解答： 解：（1）反應FeTiO₃+4H⁺+4Cl^-=Fe²⁺+TiOCl₄^2-+2H₂O中，不是氧化還原反應，可以判斷鐵元素化合價為+2價，
故答案為：+2；
（2）由于雜質中二氧化硅不溶于鹽酸，所以濾渣A成分是二氧化硅，
故答案為：SiO₂；
（3）根據(jù)流程可知，TiOCl₄^2-在溶液中加熱與水反應生成二氧化鈦沉淀，反應的離子方程式為：TiOCl₄^2-+H₂O=TiO₂↓+2H⁺+4Cl^-，
故答案為：TiOCl₄^2-+H₂O=TiO₂↓+2H⁺+4Cl^-；
（4）由于二氧化鈦與氨水、雙氧水反應生成NH₄）₂Ti₅O₁₅時，溫度過高，雙氧水和氨水都容易分解，所以反應溫度過高時，Ti元素浸出率下降，
故答案為：溫度過高時，反應物氨水（或雙氧水）受熱易分解；
（5）根據(jù)流程圖示可知，反應3是（NH₄）₂Ti₅O₁₅與氫氧化鋰反應生成Li₂Ti₅O₁₅沉淀和氨水，反應的化學方程式為：（NH₄）₂Ti₅O₁₅+2 LiOH=Li₂Ti₅O₁₅↓+2NH₃?H₂O（或2NH₃+2H₂O），
故答案為：（NH₄）₂Ti₅O₁₅+2 LiOH=Li₂Ti₅O₁₅↓+2NH₃?H₂O（或2NH₃+2H₂O）．

點評：本題借助利用鈦鐵礦制備鋰離子電池電極材料流程，考查了化合價判斷、離子方程式書寫等知識，本題難度中等，注意結合流程書寫反應式．