Question

【題目】Li4Ti5O12和LiFePO4都是鋰離子電池的電極材料，可利用鈦鐵礦（主要成分為FeTiO3，還含有少量MgO、SiO2等雜質(zhì)）來制備，工藝流程如下：

回答下列問題：

（1）“酸浸”實(shí)驗(yàn)中，鐵的浸出率結(jié)果如圖所示。由圖可知，當(dāng)鐵的浸出率為70%時(shí)，所采用的實(shí)驗(yàn)條件為___________________�！八峤�”實(shí)驗(yàn)中為了提高酸浸的效率，除了升溫還可以采取的措施有___________________（至少寫兩種）。

（2）“酸浸”后，“濾液①”鈦主要以形式存在，寫出其水解生成TiO2·xH2O的離子方程式__________________。

（3）TiO2·xH2O沉淀與雙氧水、氨水反應(yīng)40 min所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表所示：

溫度/℃	30	35	40	45	50
TiO2·xH2O轉(zhuǎn)化率%	92	95	97	93	88

分析40 ℃時(shí)TiO2·xH2O轉(zhuǎn)化率最高的原因__________________。

（4）若“濾液②”中，加入雙氧水和磷酸（設(shè)溶液體積增加1倍），使恰好沉淀完全即溶液中，此時(shí)是否有Mg3(PO4)2沉淀生成？_____________（列式計(jì)算）。FePO4、Mg3(PO4)2的Ksp分別為。

Answer 1

【答案】100℃、 2h ， 90℃ 、 5h 適當(dāng)增加鹽酸的濃度、將鈦鐵礦粉碎等 TiOCl42-+(x+2)H2O==4Cl-+TiO2·xH2O↓+2H+ 低于40℃，TiO2·xH2O轉(zhuǎn)化反應(yīng)速率隨溫度升高而增加；超過40℃，雙氧水分解與氨氣逸出導(dǎo)致TiO2·xH2O轉(zhuǎn)化反應(yīng)速率下降 Fe3+恰好沉淀完全時(shí)，c(PO43-)=mol·L1=1.3×10–17 mol·L1，c3(Mg2+)×c2(PO43-)＝(0.01)3×(1.3× 10–17)2=1.7× 10–40＜Ksp [Mg3(PO4)2]，因此不會(huì)生成Mg3(PO4)2沉淀

【解析】

用鈦鐵礦（主要成分為FeTiO3，還含有少量MgO、SiO2等雜質(zhì)）來制備Li4Ti5O12和LiFePO4，由制備流程可知，加鹽酸過濾后的濾渣為SiO2，濾液①中含Mg2+、Fe2+、Ti4+，水解后過濾，沉淀為TiO2．xH2O，與雙氧水反應(yīng)Ti元素的化合價(jià)升高，生成（NH4）2Ti5O15，與LiOH反應(yīng)后過濾得到Li2Ti5O15，再與碳酸鋰高溫反應(yīng)生成Li4Ti5O12；水解后的濾液②中含Mg2+、Fe2+，雙氧水可氧化亞鐵離子，在磷酸條件下過濾分離出FePO4，高溫煅燒②中發(fā)生2FePO4+Li2CO3+H2C2O42LiFePO4+H2O+3CO2↑，以此來解答。

（1）由圖可知，當(dāng)鐵的浸出率為70%時(shí)，所采用的實(shí)驗(yàn)條件為選擇溫度為100℃、2h或90℃、5h；

“酸浸”實(shí)驗(yàn)中為了提高酸浸的效率，除了升溫還可以采取的措施有適當(dāng)增加鹽酸的濃度、將鈦鐵礦粉碎等；

（2）“酸浸”后，鈦主要以TiOCl42-形式存在，水解生成TiO2·xH2O的離子方程式TiOCl42-+(x+2)H2O==4Cl-+TiO2·xH2O↓+2H+；

（3）40℃時(shí)TiO2xH2O轉(zhuǎn)化率最高，低于40℃，TiO2·xH2O轉(zhuǎn)化反應(yīng)速率隨溫度升高而增加；超過40℃，雙氧水分解與氨氣逸出導(dǎo)致TiO2·xH2O轉(zhuǎn)化反應(yīng)速率下降；

（4）Fe3+恰好沉淀完全時(shí)，c(PO43-)=mol·L1=1.3×10–17 mol·L1，c3(Mg2+)×c2(PO43-)＝(0.01)3×(1.3× 10–17)2=1.7× 10–40＜Ksp [Mg3(PO4)2]，因此不會(huì)生成Mg3(PO4)2沉淀。