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____________________。

(2) “酸浸”后，鈦主要以TiOCl42-形式存在，寫出相應(yīng)反應(yīng)的離子方程式__________。

(3)TiO2·xH2O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·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)Li2Ti5O15中Ti的化合價(jià)為，其中過氧鍵的數(shù)目為______________。

(5)寫出“高溫煅燒②”中由FePO4制備LiFePO4的化學(xué)方程式_______________。

Answer 1

【答案】100℃、2h或90℃、5h FeTiO3+4H++4Cl-=Fe2++TiOCl42-+2H2O 40℃時(shí)TiO2xH2O轉(zhuǎn)化率最高，因低于40℃，TiO2xH2O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TiO2xH2O轉(zhuǎn)化反應(yīng)速率下降 4 2FePO4+Li2CO3+H2C2O42LiFePO4+H2O+3CO2↑

【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；

(2)“酸浸”后，鈦主要以TiOCl42-形式存在，相應(yīng)反應(yīng)的離子方程式為FeTiO3+4H++4Cl-=Fe2++TiOCl42-+2H2O；

(3)40℃時(shí)TiO2xH2O轉(zhuǎn)化率最高，因低于40℃，TiO2xH2O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TiO2xH2O轉(zhuǎn)化反應(yīng)速率下降；

(4)Li2Ti5O15中Ti的化合價(jià)為+4，Li的化合價(jià)為+1價(jià)，由化合價(jià)的代數(shù)和為0可知，O元素的負(fù)價(jià)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，即Li2Ti5O15中過氧鍵的數(shù)目為4；

(5)“高溫煅燒②”中由FePO4制備LiFePO4的化學(xué)方程式為：2FePO4+Li2CO3+H2C2O42LiFePO4+H2O+3CO2↑。