Question

【題目】鈦酸鋰Li4Ti5O12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(lái)制備，工藝流程圖如下（已知氨水是氨氣的水溶液，受熱時(shí)會(huì)加快氨氣的揮發(fā)）：

（1）在“酸浸”實(shí)驗(yàn)中，除了發(fā)生反應(yīng)FeTiO3 + 4HCl = FeTiOCl4 + H2O，還存在另一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)方程式為______________________________。

（2）在“酸浸”實(shí)驗(yàn)中，鐵的浸出率結(jié)果如圖所示。

①由圖分析可知，溫度對(duì)浸出率的影響情況為：其它條件相同時(shí)，_______________________。

②當(dāng)鐵的浸出率為70%時(shí)，所采用的實(shí)驗(yàn)條件為______℃、_____h。

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

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

分析數(shù)據(jù)可知：當(dāng)溫度高于40℃時(shí)，TiO2轉(zhuǎn)化率________（填“變大”或“變小”），請(qǐng)推測(cè)出現(xiàn)此變化的原因可能是__________。

（4）當(dāng)加入氫氧化鋰溶液時(shí)，發(fā)生了復(fù)分解反應(yīng)，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為___________。

（5）用含76kg FeTiO3的鈦鐵礦，理論上可以制備Li4Ti5O12的質(zhì)量為________kg。

Answer 1

【答案】MgO + 2HCl ==MgCl2 + H2O 溫度越高，浸出率越大100℃2 h變小當(dāng)溫度高于40℃時(shí)，雙氧水的分解和氨水的揮發(fā)使TiO2轉(zhuǎn)化率變小2LiOH + (NH4)2Ti5O15 ===Li2Ti5O15↓+ 2NH3↑+ 2H2O46

【解析】

（1）鈦鐵礦的主要成分為FeTiO3，還含有少量MgO、SiO2等雜質(zhì)，故鹽酸會(huì)和氧化鎂反應(yīng)生成氯化鎂和水，化學(xué)方程式為MgO+2HCl ==MgCl2+H2O；

（2）

①由圖分析可知，溫度對(duì)浸出率的影響情況為：其它條件相同時(shí)，溫度越高，浸出率越大；

②由圖可知，為了提高反應(yīng)速率，當(dāng)鐵的浸出率為70%時(shí)，所采用的實(shí)驗(yàn)條件為100℃、2h；

（3）由表格中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)溫度高于40℃時(shí)，TiO2轉(zhuǎn)化率變小；出現(xiàn)此變化的原因可能是 當(dāng)溫度高于40℃時(shí)，雙氧水的分解和氨水的揮發(fā)使TiO2轉(zhuǎn)化率變小；

（4）由工藝流程圖可知，(NH4)2Ti5O15溶液和LiOH發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，生成Li2Ti5O15沉淀、氨氣和水，化學(xué)方程式為2LiOH + (NH4)2Ti5O15 ===Li2Ti5O15↓+ 2NH3↑+ 2H2O；

（5）76kg FeTiO3中鈦元素質(zhì)量=76kg××100%=24kg，Li4Ti5O12中鈦元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)==，根據(jù)反應(yīng)前后元素質(zhì)量守恒可得，Li4Ti5O12的質(zhì)量=24kg÷=46kg。