Question

7．钛被称为继铁、铝之后的第三金属．工业上用钛铁矿（主要成分为 FeTiO₃，可表示为 FeO•TiO₂）制备钛，并得到电极材料 LiFePO₄的流程如图（部分生成物已略去）．

已知：FeTiO₃+4H⁺+4Cl^-=Fe²⁺+TiOCl₄^2-+2H₂O
（1）第①步中FeTiO₃与盐酸的反应属于非氧化还原反应（填“氧化还原”或“非氧化还原”）反应．
（2）第②步中生成TiO₂的离子方程式是TiOCl₄^2-+H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiO₂↓+2H⁺+4Cl^-．
（3）第③步中生成的气体X主要成分是CO．
（4）已知：Mg（s）+Cl₂（g）=MgCl₂（s）△H=-641kJ•mol^-1
Ti（s）+2Cl₂（g）=TiCl₄（s）△H=-770kJ•mol^-1
则Mg（s）与 TiCl₄（s）反应生成 Ti（s）和MgCl₂（s）的热化学方程式是2Mg（s）+TiCl₄（s）=2MgCl₂（s）+Ti（s）△H=-512kJ•mol^-1；能否将第④步中的Ar换成N₂，理由是不能，镁会与氮气发生反应．
（5）上述流程中可循环使用的物质是Mg、Cl₂．
（6）若不考虑制备过程中铁元素的损耗，由⑥、⑦两步制备 LiFePO₄的过程中，消耗双氧水（质量分数为 17%）与 H₂C₂O₄ 的质量比是20：9．

Answer 1

分析 钛铁矿（主要成分为 FeTiO₃，可表示为 FeO•TiO₂）加入盐酸溶解过滤得到滤液A为FeCl₂、TiOCl₄^2-，加热促进水解，过滤得到沉淀TiO₂，滤液 B为FeCl₂溶液，TiO₂和C、Cl₂在高温条件下生成TiCl₄和CO，所以X为CO，TiCl₄在稀有气体的环境中高温条件下被镁还原生成Ti和MgCl₂，电解生成镁和氯气，氯气可以在步骤③中循环利用，镁可以在步骤④中循环利用，FeCl₂溶液中加入双氧水氧化亚铁离子，与磷酸反应生成磷酸铁，加入碳酸锂和草酸煅烧得到磷酸亚铁锂LiFePO₄，据此答题．

解答 解：钛铁矿（主要成分为 FeTiO₃，可表示为 FeO•TiO₂）加入盐酸溶解过滤得到滤液A为FeCl₂、TiOCl₄^2-，加热促进水解，过滤得到沉淀TiO₂，滤液 B为FeCl₂溶液，TiO₂和C、Cl₂在高温条件下生成TiCl₄和CO，所以X为CO，TiCl₄在稀有气体的环境中高温条件下被镁还原生成Ti和MgCl₂，电解生成镁和氯气，氯气可以在步骤③中循环利用，镁可以在步骤④中循环利用，FeCl₂溶液中加入双氧水氧化亚铁离子，与磷酸反应生成磷酸铁，加入碳酸锂和草酸煅烧得到磷酸亚铁锂LiFePO₄，
（1）根据反应FeTiO₃+4H⁺+4Cl^-=Fe²⁺+TiOCl₄^2-+2H₂O可知，反应中没有元素的化合价的变化，所以该反应属于非氧化还原反应，
故答案为：非氧化还原反应；
（2）根据流程可知，TiOCl₄^2-在溶液中加热与水反应生成二氧化钛沉淀，反应的离子方程式为：TiOCl₄^2-+H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiO₂↓+2H⁺+4Cl^-，
故答案为：TiOCl₄^2-+H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiO₂↓+2H⁺+4Cl^-；
（3）根据上面的分析可知，X主要成分是CO，
故答案为：CO；
（4）根据①Mg（s）+Cl₂（g）=MgCl₂（s）△H=-641kJ•mol^-1，②Ti（s）+2Cl₂（g）=TiCl₄（s）△H=-770kJ•mol^-1，利用盖斯定律可知，将①×2-②可得Mg（s）与 TiCl₄（s）反应生成 Ti（s）和MgCl₂（s）的反应，所以该反应的反应热为△H=-641kJ•mol^-1×2-（-770kJ•mol^-1）=-512 kJ•mol^-1，热化学方程式是2Mg（s）+TiCl₄（s）=2MgCl₂（s）+Ti（s）△H=-512 kJ•mol^-1；因为镁能与氮气反应生成氮化镁，所以不能将第④步中的Ar换成N₂，
故答案为：2Mg（s）+TiCl₄（s）=2MgCl₂（s）+Ti（s）△H=-512 kJ•mol^-1；不能，镁会与氮气发生反应；
（5）根据上面分析可知，上述流程中可循环使用的物质是Mg、Cl₂，
故答案为：Mg、Cl₂；
（6）根据电子守恒，氧化铁元素转移的电子就等于铁离子氧化草酸转移的电子数，
因此可得关系式：H₂O₂～H₂C₂O₄，设双氧水质量为x，草酸质量为y，
H₂O₂ ～H₂C₂O₄，
34      90
x×17%  y
34y=90×x×17%，x：y=20：9，
17%双氧水与H₂C₂O₄的质量比为20：9，
故答案为：20：9．

点评 本题借助利用钛铁矿制备锂离子电池电极材料流程，考查了化合价判断、离子方程式书写等知识，本题难度中等，涉及的内容较多，综合性较强，充分考查了学生的综合能力，注意结合流程书写反应式．