Question

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．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1所示：

（1）已知：FeTiO₃與鹽酸反應的離子方程式為：FeTiO₃+4H⁺+4Cl^-→Fe²⁺+TiOCl₄^2-+2H₂O，為了提高鈦鐵礦溶浸的效率，可以采取的措施有

 

A．攪拌   B．適當提高溫度   C．研磨礦石   D．適當提高鹽酸濃度．
（2）操作①在實驗室進行時，必須使用的玻璃儀器　除玻璃棒外還有

 

；濾渣A的成分是

 

．
（3反應②中固體TiO₂轉化成（NH₄）₂Ti₅O₁₅溶液時，Ti元素的浸出率與反應溫度的關系如圖2所示．反應溫度過高時，Ti元素浸出率下降的原因是

 

．
（4）反應③的化學方程式是

 

．
（5）由濾液D制備LiFePO₄的過程中，理論上所需34%雙氧水與H₂C₂O₄的質量比是

 

．

Answer 1

考點：制備實驗方案的設計,物質分離和提純的方法和基本操作綜合應用

專題：實驗設計題

分析：鐵礦石加入鹽酸溶解過濾得到濾渣為二氧化硅，濾液B為MgCl₂、CaCL₂，F(xiàn)eCl₂、TiCl₂，加熱促進水解，過濾得到徹底TiO2，加入過氧化氫和氨水反應得到（NH₄）₂Ti₅O₁₅，加入氫氧化鋰溶液得到沉淀Li₂Ti₅O₁₅加入碳酸鋰煅燒得到鈦酸鋰Li₄Ti₅O₁₂，濾液D加入過氧化氫氧化亞鐵離子，加入磷酸得到沉淀磷酸鐵，加入碳酸鋰和草酸煅燒得到磷酸亞鐵鋰LiFePO₄；
（1）根據(jù)反應FeTiO₃+4H⁺+4Cl^-=Fe²⁺+TiOCl₄^2-+2H₂O，為了提高鈦鐵礦溶浸的效率，增大反應速率；
（2）操作①是過濾操作，依據(jù)過濾裝置分析儀器；MgO、CaO、SiO₂等雜質中，二氧化硅不溶于稀鹽酸，成為濾渣A；
（3）二氧化鈦與氨水、雙氧水反應生成NH₄）₂Ti₅O₁₅，溫度過高，雙氧水和氨水都容易分解；
（4）反應3是（NH₄）₂Ti₅O₁₅與強氧化鋰反應生成Li₂Ti₅O₁₅沉淀和氨水；
（5）根據(jù)電子守恒找出雙氧水與草酸的關系式，然后列式計算計算出17%雙氧水與H₂C₂O₄的質量比；

解答： 解：（1）反應FeTiO₃+4H⁺+4Cl^-=Fe²⁺+TiOCl₄^2-+2H₂O中，為了提高鈦鐵礦溶浸的效率，增大反應速率，可以采取的措施有，
A．攪拌加快溶解，有利于提高鈦鐵礦溶浸的效率，故A正確；  
B．適當提高溫度，加快反應速率，提高鈦鐵礦溶浸的效率，故B正確；  
C．研磨礦石中等接觸面積，增大反應速率，提高鈦鐵礦溶浸的效率，故C正確；  
D．適當提高鹽酸濃度增大反應速率，提高鈦鐵礦溶浸的效率，故D正確．
故答案為：ABCD；
（2）操作①在實驗室進行時，是分離固體和液體的操作為過濾，必須使用的玻璃儀器　除玻璃棒外還有，漏斗，燒杯； 由于雜質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：漏斗，燒杯；SiO₂；
（3）由于二氧化鈦與氨水、雙氧水反應生成NH₄）₂Ti₅O₁₅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；
（4）根據(jù)流程圖示可知，反應3是（NH₄）₂Ti₅O₁₅與強氧化鋰反應生成Li₂Ti₅O₁₅沉淀和氨水，反應的化學方程式為：（NH₄）₂Ti₅O₁₅+2 LiOH=Li₂Ti₅O₁₅↓+2NH₃?H₂O（或2NH₃+2H₂O），
故答案為：（NH₄）₂Ti₅O₁₅+2 LiOH=Li₂Ti₅O₁₅↓+2NH₃?H₂O（或2NH₃+2H₂O）；
（6）根據(jù)電子守恒，氧化鐵元素轉移的電子就等于鐵離子氧化草酸轉移的電子數(shù)，
因此可得關系式：H₂O₂～H₂C₂O₄，設雙氧水質量為x，草酸質量為y，
                34     90
              x×34%    y
 34y=90×x×34%，x：y=10：9，
17%雙氧水與H₂C₂O₄的質量比為10：9，
故答案為：10：9；

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．