Question

1．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”實驗中，鐵的浸出率結(jié)果如下圖所示．由圖可知，當鐵的浸出率為70%時，所采用的實驗條件為100℃、2h或90℃、5h．

（2）“酸浸”后，鈦主要以TiOCl₄^2-形式存在，寫出相應(yīng)反應(yīng)的離子方程式FeTiO₃+4H⁺+4Cl^-=Fe²⁺+TiOCl₄^2-+2H₂O．
（3）TiO₂•xH₂O沉淀與雙氧水、氨水反應(yīng)40min所得實驗結(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TiO₂•xH₂O轉(zhuǎn)化率最高的原因溫度高反應(yīng)速率加快，但溫度過高過氧化氫分解、氨水易揮發(fā)，影響轉(zhuǎn)化率．
（4）Li₂Ti₅O₁₅中Ti的化合價為+4，其中過氧鍵的數(shù)目為4．
（5）若“濾液②”中c（Mg²⁺）=0.02mol•L^-1，加入雙氧水和磷酸（設(shè)溶液體積增加1倍），使Fe³⁺恰好沉淀完全即溶液中c（Fe³⁺）=1.0×10^-5，此時是否有Mg₃（PO₄）₂沉淀生成？c（PO₄^3-）=$\frac{1.3×1{0}^{22}}{1×1{0}^{-5}}$=1.0×10^-17mol/L，Qc[Mg₃（PO₄）₂]=（$\frac{0.02mol/L}{2}$）³×（1.0×10^-17mol/L）²=1.69×10^-40＜Ksp=1.0×10^-24，則無沉淀生成（列式計算）．FePO₄、Mg₃（PO₄）₂的K_sp分別為1.3×10^-22、1.0×10^-24
（6）寫出“高溫煅燒②”中由FePO₄制備LiFePO₄的化學(xué)方程式2FePO₄+Li₂CO₃+H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2LiFePO₄+H₂O+3CO₂↑．

Answer 1

分析 用鈦鐵礦（主要成分為Fe TiO₃，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+H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2LiFePO₄+H₂O+3CO₂↑，以此來解答．

解答 解：（1）由圖可知，當鐵的浸出率為70%時，所采用的實驗條件為選擇溫度為100℃、2h或90℃、5h，
故答案為：100℃、2h或90℃、5h；
（2）“酸浸”后，鈦主要以TiOCl₄^2-形式存在，相應(yīng)反應(yīng)的離子方程式為FeTiO₃+4H⁺+4Cl^-=Fe²⁺+TiOCl₄^2-+2H₂O，
故答案為：FeTiO₃+4H⁺+4Cl^-=Fe²⁺+TiOCl₄^2-+2H₂O；
（3）40℃時TiO₂•xH₂O轉(zhuǎn)化率最高，因溫度高反應(yīng)速率加快，但溫度過高過氧化氫分解、氨水易揮發(fā)，影響轉(zhuǎn)化率，
故答案為：溫度高反應(yīng)速率加快，但溫度過高過氧化氫分解、氨水易揮發(fā)，影響轉(zhuǎn)化率；
（4）Li₂Ti₅O₁₅中Ti的化合價為+4，Li的化合價為+1價，由化合價的代數(shù)和為0可知，O元素的負價代數(shù)和為22，設(shè)過氧鍵的數(shù)目為x，則（x×2）×1+（15-x×2）×2=22，解得x=4，故答案為：4；
（5）Fe³⁺恰好沉淀完全即溶液中c（Fe³⁺）=1.0×10^-5，由Ksp（FePO₄），可知c（PO₄^3-）=$\frac{1.3×1{0}^{22}}{1×1{0}^{-5}}$=1.0×10^-17mol/L，Qc[Mg₃（PO₄）₂]=（$\frac{0.02mol/L}{2}$）³×（1.0×10^-17mol/L）²=1.69×10^-40＜Ksp=1.0×10^-24，則無沉淀生成，
故答案為：c（PO₄^3-）=$\frac{1.3×1{0}^{22}}{1×1{0}^{-5}}$=1.0×10^-17mol/L，Qc[Mg₃（PO₄）₂]=（$\frac{0.02mol/L}{2}$）³×（1.0×10^-17mol/L）²=1.69×10^-40＜Ksp=1.0×10^-24，則無沉淀生成；
（6）“高溫煅燒②”中由FePO₄制備LiFePO₄的化學(xué)方程式為2FePO₄+Li₂CO₃+H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2LiFePO₄+H₂O+3CO₂↑，
故答案為：2FePO₄+Li₂CO₃+H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2LiFePO₄+H₂O+3CO₂↑．

點評 本題考查物質(zhì)的制備實驗，為高頻考點，把握流程中發(fā)生的反應(yīng)、混合物分離提純、發(fā)生的反應(yīng)為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與實驗?zāi)芰Φ目疾�，注意元素化合物知識、化學(xué)反應(yīng)原理與實驗的結(jié)合，題目難度不大．