Question

【题目】（14分）Li4Ti3O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料，可利用钛铁矿（主要成分为Fe TiO3 ， 还含有少量MgO、SiO2等杂质）来制备，工艺流程如下：

回答下列问题：
（1）“酸浸”实验中，铁的浸出率结果如下图所示．由图可知，当铁的净出率为70%时，所采用的实验条件为 ．

（2）“酸浸”后，钛主要以TiOCl42﹣形式存在，写出相应反应的离子方程式 ．
（3）TiO2xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40min所得实验结果如下表所示:

温度/℃	30	35	40	45	50
TiO2xH2O转化率/%	92	95	97	93	88

分析40℃时TiO2xH2O转化率最高的原因 ．
（4）Li2Ti5O15中Ti的化合价为+4，其中过氧键的数目为 ．
（5）若“滤液②”中c（Mg2+）=0.02molL﹣1 ， 加入双氧水和磷酸（设溶液体积增加1倍），使Fe3+恰好沉淀完全即溶液中c（Fe3+）=1.0×10﹣5 ， 此时是否有Mg3（PO4）2沉淀生成？（列式计算）．FePO4、Mg3（PO4）2的分别为1.3×10﹣22、1.0×10﹣24
（6）写出“高温煅烧②”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式 ．

Answer 1

【答案】
（1）100℃，2h，90℃，5h
（2）FeTiO3+4H++4Cl﹣=Fe2++TiOCl42﹣+2H2O
（3）低于40℃，TiO2·xH2O转化反应速率随温度升高而增加；超过40℃，双氧水分解与氨气逸出导致TiO2·xH2O转化反应速率下降
（4）4
（5）c（PO43﹣）= =1.0×10﹣17mol/L，Qc[Mg3（PO4）2]=（ ）3×（1.0×10﹣17mol/L）2=1.69×10﹣40＜Ksp=1.0×10﹣24 ， 则无沉淀生成
（6）2FePO4+Li2CO3+H2C2O4 LiFePO4+H2O+3CO2↑
【解析】（1）由图可知，当铁的净出率为70%时，100℃时用时间最少，所采用的实验条件为选择温度为100℃，
故答案为：选择温度为100℃；（2）“酸浸”后，钛主要以TiOCl42﹣形式存在，相应反应的离子方程式为FeTiO3+4H++4Cl﹣=Fe2++TiOCl42﹣+2H2O，
故答案为：FeTiO3+4H++4Cl﹣=Fe2++TiOCl42﹣+2H2O；（3）40℃时TiO2xH2O转化率最高，因温度高反应速率加快，但温度过高过氧化氢分解、氨水易挥发，影响转化率，故答案为：温度高反应速率加快，但温度过高过氧化氢分解、氨水易挥发，影响转化率；（4）Li2Ti5O15中Ti的化合价为+4，Li的化合价为+1价，由化合价的代数和为0可知，O元素的负价代数和为22，设过氧键的数目为x，则（x×2）×1+（15﹣x×2）×2=22，解得x=4，故答案为：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（PO43﹣）= =1.0×10﹣17mol/L，Qc[Mg3（PO4）2]=（ ）3×（1.0×10﹣17mol/L）2=1.69×10﹣40＜Ksp=1.0×10﹣24 ， 则无沉淀生成，
故答案为：c（PO43﹣）= =1.0×10﹣17mol/L，Qc[Mg3（PO4）2]=（ ）3×（1.0×10﹣17mol/L）2=1.69×10﹣40＜Ksp=1.0×10﹣24 ， 则无沉淀生成；（6）“高温煅烧②”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式为2FePO4+Li2CO3+H2C2O4 LiFePO4+H2O+3CO2↑，
故答案为：2FePO4+Li2CO3+H2C2O4 LiFePO4+H2O+3CO2↑．
用钛铁矿（主要成分为Fe TiO3 ， 还含有少量MgO、SiO2等杂质）来制备Li4Ti3O12和LiFePO4 ， 由制备流程可知，加盐酸过滤后的滤渣为SiO2 ， 滤液①中含Mg2+、Fe2+、Ti4+ ， 水解后过滤，沉淀为TiO2 ． xH2O，与双氧水反应Ti元素的化合价升高，生成（NH4）2Ti5O15 ， 与LiOH反应后过滤得到Li2Ti5O15 ， 再与碳酸锂高温反应生成Li4Ti3O12；水解后的滤液②中含Mg2+、Fe2+ ， 双氧水可氧化亚铁离子，在磷酸条件下过滤分离出FePO4 ， 高温煅烧②中发生2FePO4+Li2CO3+H2C2O4 LiFePO4+H2O+3CO2↑，以此来解答．