Question

【題目】鋰離子電池的應(yīng)用很廣，一種利用鈦鐵礦[主要成分為偏鈦酸亞鐵（FeTiO3），含有少量Fe2O3]制取鈦白粉（TiO2）和利用其副產(chǎn)物制取鋰離子電池的正極材料（LiFePO4）的工藝流程如下（部分條件未給出）。

（1）FeTiO3中Ti的化合價(jià)為______；在“還原”步驟中，還原“Fe3+”的反應(yīng)中氧化劑和還原劑的物質(zhì)的量之比為__________。

（2）FeSO4溶解度與溫度關(guān)系如下表，

溫度（℃）	30	20	l5	l0	5	0	-2	-6
FeSO4 （g/L）	240	190	130	117	95	79	59	38

則操作I 的名稱為_______、過(guò)濾。

（3）“轉(zhuǎn)化” 步驟中對(duì)溶液進(jìn)行加熱的主要目的是_____________。

（4）寫出“沉鐵”的離子反應(yīng)方程式___________，為使Fe3+完全沉降，則PO43-的濃度至少應(yīng)為___________（己知：Ksp (FePO4· 2H2O) = 9.91×10-16）。

（5）流程中可循環(huán)利用的物質(zhì)是（H2O除外）______，寫出固相焙燒的反應(yīng)方程式______。

（6）某鋰離子充放電時(shí)，正極發(fā)生LiFePO4與FePO4的轉(zhuǎn)化，當(dāng)充電時(shí)，電池負(fù)極發(fā)生的

反應(yīng)為6C+xLi++xe-=LixC6，寫出放電時(shí)電池反應(yīng)方程式______________。

Answer 1

【答案】 +4 2:1 蒸發(fā)濃縮 冷卻結(jié)晶 加快和促進(jìn)水解 2Fe2++H2O2+2H3PO4=2FePO4+2H2O+4H+；9.91×10-11mol/L H2SO4 2FePO4+Li2CO3+2C2LiFePO4+3CO↑ xFePO4+LixC6=6C+xLiFePO4

【解析】考查化學(xué)工藝流程，（1）FeTiO3為偏鈦酸亞鐵，其中O顯－2價(jià)，F(xiàn)e顯＋2價(jià)，整個(gè)化合價(jià)代數(shù)和為0，即Ti的價(jià)態(tài)為＋4價(jià)；發(fā)生的反應(yīng)是Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋，F(xiàn)e作還原劑，F(xiàn)e3＋作氧化劑，因此氧化劑和還原劑的物質(zhì)的量之比為2：1；（2）根據(jù)表格數(shù)據(jù)，F(xiàn)eSO4受溫度的影響較大，操作I得到溶液和綠礬，綠礬是FeSO4·7H2O，因此采用蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾，進(jìn)行分離；（3）TiOSO4轉(zhuǎn)化成TiO(OH)2，發(fā)生的是水解反應(yīng)，水解反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，加熱促進(jìn)水解，因此加熱的目的是加快和促進(jìn)水解；（4）考查氧化還原反應(yīng)方程式的書寫和溶度積的計(jì)算，根據(jù)流程，“沉鐵”加入的物質(zhì)是綠礬、H2O2和H3PO4，產(chǎn)物是FePO4，說(shuō)明利用H2O2的氧化性把Fe2＋氧化成Fe3＋，本身被還原成H2O，因此有Fe2＋＋H2O2＋H3PO4→FePO4↓＋H2O，利用化合價(jià)升降法進(jìn)行配平，即2Fe2＋＋H2O2＋2H3PO4→2FePO4↓＋H2O，離子反應(yīng)方程式要求反應(yīng)前后所帶電荷數(shù)相等，即生成物中有H＋，因此離子反應(yīng)方程式為即2Fe2＋＋H2O2＋2H3PO4=2FePO4↓＋2H2O＋4H＋；Fe3＋完全沉淀，此時(shí)c(Fe3＋)=10－5mol·L－1，c(Fe3＋)×c(PO43－)=Ksp，因此c(PO43－)=Ksp/c(Fe3＋)=9.91×10－16/10－5mol·L－1=9.91×10－11mol·L－1；（5）根據(jù)流程圖，沉鐵的離子反應(yīng)方程式，循環(huán)利用的物質(zhì)為H2O和H2SO4；焙燒加入的物質(zhì)為FePO4、C、Li2CO3，產(chǎn)物是LiFePO4，因?yàn)镃是過(guò)量的，因此產(chǎn)物還有CO，因此反應(yīng)方程式為：2FePO4+Li2CO3+2C2LiFePO4+3CO↑；（6）電池充電時(shí)，電池的負(fù)極接電源的負(fù)極，電池的正極接電源的正極，則電池放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)式LixC6－xe－=6C＋xLi＋，正極反應(yīng)式FePO4＋e－＋Li＋=LiFePO4，正極×x＋負(fù)極，因此總電極反應(yīng)式為xFePO4+LixC6=6C+xLiFePO4。