3.鈦鐵礦的主要成分為FeTiO3(可表示為FeO•TiO2),含有少量MgO、CaO、SiO2等雜質(zhì).利用鈦鐵礦制備鋰離子電池電極材料(鈦酸鋰Li4Ti5O12和磷酸亞鐵鋰LiFePO4)的工業(yè)流程如圖所示:

已知:FeTiO3與鹽酸反應的離子方程式為FeTiO3+4H++4Cl-═Fe2++TiOCl42-+2H2O
(1)化合物FeTiO3中鐵元素的化合價是+2.
(2)濾渣A的成分是SiO2
(3)濾液B中TiOCl42-轉(zhuǎn)化生成TiO2的離子方程式是TiOCl${\;}_{4}^{2-}$+H2O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiO2↓+2H++4Cl-
(4)反應②中固體TiO2轉(zhuǎn)化成(NH42Ti5O15溶液時,Ti元素的浸出率與反應溫度的關(guān)系如圖2所示.反應溫度過高時,Ti元素浸出率下降的原因是溫度過高時,反應物氨水(或雙氧水)受熱易分解.
(5)反應③的化學方程式是(NH42Ti5O15+2LiOH═Li2Ti5O15↓+2NH3•H2O.
(6)由濾液D制備LiFePO4的過程中,所需17%雙氧水與H2C2O4的質(zhì)量比是20:9.
(7)若采用鈦酸鋰(Li4Ti5O12)和磷酸亞鐵鋰(LiFePO4)做電極組成電池,其工作原理為Li4Ti5O12+3LiFePO4$?_{放電}^{充電}$Li7Ti5O12+3FePO4,該電池充電時陽極反應式是LiFePO4-e-═FePO4+Li+

分析 (1)根據(jù)反應FeTiO3+4H++4Cl-=Fe2++TiOCl42-+2H2O,不是非氧化還原反應,可以判斷鐵元素化合價為+2價;
(2)MgO、CaO、SiO2等雜質(zhì)中,二氧化硅不溶于稀鹽酸,成為濾渣A;
(3)根據(jù)流程圖示,TiOCl42-在溶液中加熱與水反應生成二氧化鈦沉淀;
(4)二氧化鈦與氨水、雙氧水反應生成NH42Ti5O15,溫度過高,雙氧水和氨水都容易分解;
(5)反應3是(NH42Ti5O15與強氧化鋰反應生成Li2Ti5O15沉淀和氨水;
(6)根據(jù)電子守恒找出雙氧水與草酸的關(guān)系式,然后列式計算計算出17%雙氧水與H2C2O4的質(zhì)量比;
(7)充電時按照電解槽進行分析,陽極氧化陰極還原,寫出陽極放電的電解方程式即可.

解答 解:(1)反應FeTiO3+4H++4Cl-=Fe2++TiOCl42-+2H2O中,不是非氧化還原反應,可以判斷鐵元素化合價為+2價,
故答案為:+2;
(2)由于雜質(zhì)中二氧化硅不溶于鹽酸,所以濾渣A成分是二氧化硅,
故答案為:SiO2;
(3)根據(jù)流程可知,TiOCl42-在溶液中加熱與水反應生成二氧化鈦沉淀,反應的離子方程式為:TiOCl42-+H2O=TiO2↓+2H++4Cl-,
故答案為:TiOCl42-+H2O=TiO2↓+2H++4Cl-;
(4)由于二氧化鈦與氨水、雙氧水反應生成NH42Ti5O15時,溫度過高,雙氧水和氨水都容易分解,所以反應溫度過高時,Ti元素浸出率下降,
故答案為:溫度過高時,反應物氨水(或雙氧水)受熱易分解;
(5)根據(jù)流程圖示可知,反應3是(NH42Ti5O15與強氧化鋰反應生成Li2Ti5O15沉淀和氨水,反應的化學方程式為:(NH42Ti5O15+2 LiOH=Li2Ti5O15↓+2NH3•H2O(或2NH3+2H2O),
故答案為:(NH42Ti5O15+2 LiOH=Li2Ti5O15↓+2NH3•H2O(或2NH3+2H2O);
(6)根據(jù)電子守恒,氧化鐵元素轉(zhuǎn)移的電子就等于鐵離子氧化草酸轉(zhuǎn)移的電子數(shù),
因此可得關(guān)系式:H2O2~H2C2O4,設雙氧水質(zhì)量為x,草酸質(zhì)量為y,
               34       90
              x×17%   y
34y=90×x×17%,x:y=20:9,
17%雙氧水與H2C2O4的質(zhì)量比為20:9,
故答案為:20:9;
(7)充電時,陽極發(fā)生氧化反應,LiFePO4失去電子生成FePO4,電極反應為:LiFePO4-e-=FePO4+Li+,
故答案為:LiFePO4-e-=FePO4+Li+

點評 本題借助利用鈦鐵礦制備鋰離子電池電極材料流程,考查了化合價判斷、離子方程式書寫、電極方程式書寫、化學計算等知識,涉及的內(nèi)容較多,綜合性較強,充分考查了學生的綜合能力,本題難度中等.

練習冊系列答案
相關(guān)習題

科目:高中化學 來源: 題型:選擇題

13.下列說法中正確的是( 。
A.在原電池中,物質(zhì)在負極發(fā)生氧化反應
B.在原電池中,電子由正極流向負極
C.在電解池中,物質(zhì)在陰極發(fā)生氧化反應
D.在電解池中,與電源正極相連的電極是陰極

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科目:高中化學 來源:2016-2017學年江西省高二上月考一化學試卷(解析版) 題型:選擇題

一定條件下,對于可逆反應X(g)+3Y(g)2Z(g),若X、Y、Z的起始濃度分別為 c1、c2、c3(均不為零),達到平衡時,X、Y、Z的濃度分別為0.1mol/L、0.3mol/L、0.08mol/L,則下列判斷正確的是( )

A.c1:c2=3:1

B.平衡時,Y和Z的生成速率之比為2:3

C.X、Y的轉(zhuǎn)化率相等

D.c1的取值范圍為0.04 mol/L<c1<0.14 mol/L

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科目:高中化學 來源:2016-2017學年湖北省高二上月考一化學卷(解析版) 題型:填空題

I.合成氨的原料氣H2可通過反應CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)獲取。

(1)T ℃時,向容積固定為5 L的容器中充入1 mol水蒸氣和1 mol CO,反應達平衡后,測得CO的濃度為0.08 mol·L-1,則平衡時CO的轉(zhuǎn)化率為 。

(2)保持溫度仍為T ℃,改變水蒸氣和CO的初始物質(zhì)的量之比,充入固定容器中進行反應,下列描述

能夠說明體系處于平衡狀態(tài)的是 (填序號)。

a.容器內(nèi)壓強不隨時間改變

b.混合氣體的密度不隨時間改變

c.單位時間內(nèi)生成amolCO2的同時消耗amolH2

d.混合氣中n(CO):n(H2O):n(CO2):n(H2)=1:16:6:6

II.液氨作為一種潛在的清潔汽車燃料已越來越被研究人員重視。它在安全性、價格等方面較化石燃料和氫燃料有著較大的優(yōu)勢。氨在燃燒實驗中相關(guān)的反應有:

① 4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(l) △H1

② 4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(l) △H2

③ 4NH3(g)+6NO(g)=5N2(g)+6H2O(l) △H3

請寫出上述三個反應中△H1、△H2、△H3三者之間關(guān)系的表達式,△H1=

III.(1)右圖是金屬鎂和鹵素反應的能量變化圖(反應物和產(chǎn)物均為298K時的穩(wěn)定狀態(tài))。由圖可知Mg與鹵素單質(zhì)的反應均為 (填“放熱”或“吸熱”)反應。

(2)金屬Mg與CH3Cl在一定條件下反應可生成CH3MgCl,CH3MgCl是一種重要的有機合成試劑,易與水發(fā)生水解反應并有無色無味氣體(CH4)和沉淀生成。寫出CH3MgCl水解的化學方程式 。

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科目:高中化學 來源:2016-2017學年湖北省高二上月考一化學卷(解析版) 題型:選擇題

合成氨反應:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1,在反應過程中,正反應速率的變化如圖:下列說法正確的是

A.t1時升高了溫度

B.t2時使用了催化劑

C.t3時增大了壓強

D.t4時降低了溫度

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科目:高中化學 來源: 題型:解答題

8.氯化亞銅(CuCl)常用作有機合成工業(yè)中的催化劑,是一種白色粉末;微溶于水、不溶于乙醇及稀硫酸;在空氣中迅速被氧化成綠色;見光則分解,變成褐色;下圖是工業(yè)上以制作印刷電路的廢液(含F(xiàn)e3+、Cu2+、Fe2+、Cl-)生產(chǎn)CuCl的流程如下:
根據(jù)以上信息回答下列問題:
(1)該生產(chǎn)過程還可以與氯堿工業(yè)、硫酸工業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合,工業(yè)生產(chǎn)硫酸的方法名稱是接觸法,現(xiàn)代氯堿工業(yè)的裝置名稱是離子交換膜電解槽.
(2)寫出生產(chǎn)過程中XFeYHCl (填化學式)
(3)寫出產(chǎn)生CuCl的化學方程式CuCl2+CuSO4+SO2+2H2O=2CuCl↓+2 H2SO4
(4)生產(chǎn)中為了提高CuCl產(chǎn)品的質(zhì)量,采用抽濾或者減壓過濾法快速過濾,析出的CuCl晶體不用水而用無水乙醇洗滌的目的是減少產(chǎn)品CuCl的損失;生產(chǎn)過程中調(diào)節(jié)溶液的pH不能過大的原因是防止CuCl的水解.
(5)在CuCl的生成過程中理論上不需要補充SO2氣體,其理由是Cu+2H2SO4(濃)$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ CuSO4+SO2↑+2H2O反應中生成的CuSO4和 SO2為1:1,CuCl2+CuSO4+SO2+2H2O=2CuCl↓+2 H2SO4反應中消耗CuSO4和SO2也為1﹕1,所以理論上不需要補充SO2氣體.
(6)在CuCl的生成過程中除環(huán)境問題、安全問題外,還應該注意的關(guān)鍵問題是生產(chǎn)中應防止CuCl的氧化和見光分解.

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科目:高中化學 來源: 題型:解答題

15.實驗室里用硫酸廠燒渣(主要成分為鐵的氧化物及少量FeS、SiO2等)制備聚鐵(堿式硫酸鐵的聚合物)和綠礬(FeSO4•7H2O),其過程如圖1所示:

(1)畫出鐵的原子結(jié)構(gòu)示意圖
(2)過程①中,F(xiàn)eS和O2、H2SO4反應的化學方程式為4FeS+3O2+6H2SO4=2Fe2(SO43+6H2O+4S.
(3)過程③中,需要加入的物質(zhì)名稱是Fe(或鐵).過程④的實驗操作蒸發(fā)結(jié)晶.
(4)過程⑥中,將溶液Z加熱到70℃~80℃,目的是促進Fe3+的水解.
(5)8.34g FeSO4•7H2O樣品在隔絕空氣條件下受熱脫水過程的熱重曲線(樣品質(zhì)量隨溫度變化的曲線)如圖2所示.下列說法中正確的是D
A.溫度為78℃時固體物質(zhì)M的化學式為FeSO4•5H2O
B.溫度為159℃時固體物質(zhì)N的化學式為FeSO4•3H2O
C.在隔絕空氣條件下由N得到P的化學方程式為FeSO4$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeO+SO3
D.取適量380℃時所得的樣品P,隔絕空氣加熱至650℃,得到一種固體物質(zhì)Q,同時有兩種無色氣體生成,Q的化學式為Fe2O3
(6)實驗室為測定所得到的聚鐵樣品中鐵元素的質(zhì)量分數(shù),進行下列實驗.①用分析天平稱取樣品2.700g;②將樣品溶于足量鹽酸后,加入足量的氯化鋇溶液;③過濾、洗滌、干燥、稱量,得固體質(zhì)量為3.495g.若該聚鐵主要成分為[Fe(OH)SO4]n,則該聚鐵中鐵元素的質(zhì)量分數(shù)為31.1%.

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科目:高中化學 來源: 題型:選擇題

12.下列關(guān)于化學反應速率的說法中,正確的是( 。
①用鐵片和稀硫酸反應制取氫氣時,改用98%的濃硫酸可以加快產(chǎn)生氫氣的速率 
②決定化學反應速率的主要因素是反應物的濃度.
③一定量的鋅與過量的稀硫酸反應制取氫氣,為減慢反應速率而又不影響生成H2的量,可向其中加入KNO3溶液.
④汽車尾氣中的NO和CO反應轉(zhuǎn)化為無害的N2和CO2,減小壓強,反應速率減慢 
⑤增大壓強,一定能加快化學反應速率 
⑥用鋅與稀硫酸反應制H2時,滴加幾滴硫酸銅溶液能加快反應速率 
⑦使用催化劑,使反應的活化能降低,反應速率加快
⑧光是影響某些化學反應速率的外界條件之一 
⑨反應4NH3(g)+5O2(g)═4NO(g)+6H2O(g)在2L的密閉容器中進行,1min后,NH3減少了0.12mol,則1min末的化學反應速率為v(NO)=0.06mol•L-1•min-1
A.①⑤⑥⑨B.④⑥⑦⑧C.④⑥⑦⑨D.③④⑥⑦

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科目:高中化學 來源: 題型:選擇題

10.下列實驗操作或原理不正確的是( 。
A.紙層析法中的展開劑之所以能夠展開的主要原理是毛細現(xiàn)象
B.抽濾時,濾紙要小于布氏漏斗
C.萃取操作時,應選擇有機萃取劑,且萃取劑的密度必須比水大
D.測定溶液pH的操作:將pH試紙置于表面皿上,用潔凈玻璃棒蘸取溶液,點在pH試紙的中部,與對應的標準比色卡比較

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