Question

【題目】一種利用鈦鐵礦制備Li4Ti5O12的工藝流程如圖：

已知：鈦鐵礦的主要成分是FeTiO3(可表示為FeO·TiO2)，還含有少量的MgO和SiO2等雜質(zhì)。

回答下列問(wèn)題：

(1)酸浸時(shí)，要提高鐵的浸出率可采取的措施是___(寫出一條即可)。

(2)酸浸后的濾液①中鈦主要以TiOCl42-形式存在，則其水解生成TiO2·xH2O的離子方程式為___，加熱水的目的是___。

(3)TiO2·xH2O沉淀與雙氧水、氨水反應(yīng)時(shí)，應(yīng)將溫度控制在50℃左右的原因是___。

(4)若將濾液②加熱至一定溫度后，再加入雙氧水和磷酸，恰好使Mg2＋沉淀完全[溶液中c(Mg2＋)降至1.0×10-5mol·L-1]，此時(shí)溶液中=___。已知：此溫度下，FePO4、Mg3(PO4)2的溶度積常數(shù)分別為1.5×10-21、1.0×10-23。

(5)高溫煅燒時(shí)發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式為___。

(6)某可充電的鋰離子電池以Li4Ti5O12為正極，嵌入鋰的碳材料為負(fù)極，含Li＋導(dǎo)電固體為電解質(zhì)。放電時(shí)的電池反應(yīng)為LixC＋Li4Ti5O12=Li(x-5)C＋Li9Ti5O12，則充電時(shí)陰極電極反應(yīng)式為___。

Answer 1

【答案】提高溫度或?qū)⒌V石粉粹或適當(dāng)提高酸的濃度等 TiOCl42-+(x+1)H2OTiO2·xH2O↓+2H++4Cl- 促進(jìn)水解 提高反應(yīng)速率，同時(shí)防止溫度過(guò)高造成雙氧水分解，氨水揮發(fā) 1.5×10-12 Li2Ti5O11+Li2CO3Li4Ti5O12+CO2↑ Li(x-5)C+5Li++5e-=LixC

【解析】

用鈦鐵礦(主要成分為FeTiO3，還含有少量MgO、SiO2等雜質(zhì))來(lái)制備Li4Ti5O12，由制備流程可知，加鹽酸酸浸溶解，SiO2與鹽酸不反應(yīng)，過(guò)濾后的濾渣為SiO2，濾液①中含Mg2+、Fe2+、TiOCl42-，對(duì)濾液①加熱發(fā)生水解反應(yīng)TiOCl42-+(x+1)H2OTiO2·xH2O↓+2H++4Cl-，水解后過(guò)濾，水解后的濾液②中含Mg2+、Fe2+，沉淀為TiO2xH2O，向沉淀中加入氨水、雙氧水和LiOH反應(yīng)過(guò)濾后得到Li2Ti5O15，再與碳酸鋰高溫下發(fā)生反應(yīng)Li2Ti5O11+Li2CO3Li4Ti5O12+CO2↑生成Li4Ti3O12，據(jù)此分析解答。

(1)酸浸時(shí)，要提高鐵的浸出率可采取的措施是提高溫度或?qū)⒌V石粉粹或適當(dāng)提高酸的濃度等；

(2)酸浸后的濾液①中鈦主要以TiOCl42-形式存在，則其水解生成TiO2·xH2O的離子方程式為TiOCl42-+(x+1)H2OTiO2·xH2O↓+2H++4Cl-，加熱水的目的是促進(jìn)水解；

(3)TiO2·xH2O沉淀與雙氧水、氨水反應(yīng)時(shí)，雙氧水受熱易分解，氨水受熱易揮發(fā)，應(yīng)將溫度控制在50℃左右的原因是提高反應(yīng)速率，同時(shí)防止溫度過(guò)高造成雙氧水分解，氨水揮發(fā)；

(4)若將濾液②加熱至一定溫度后，再加入雙氧水和磷酸，恰好使Mg2＋沉淀完全[溶液中c(Mg2＋)降至1.0×10-5mol·L-1]，根據(jù)Ksp[Mg3(PO4)2]=c3(Mg2+)×c2(PO43-)，c(PO43-)==1.0×10-4mol·L-1，Ksp(FePO4)=c(Fe3+)×c(PO43-)，c(Fe3+) = =1.5×10-17 mol·L-1，此時(shí)溶液中==1.5×10-12；

(5)根據(jù)分析，高溫煅燒時(shí)發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式為Li2Ti5O11+Li2CO3Li4Ti5O12+CO2↑；

(6)某可充電的鋰離子電池以Li4Ti5O12為正極，嵌入鋰的碳材料為負(fù)極，含Li＋導(dǎo)電固體為電解質(zhì)。放電時(shí)的電池反應(yīng)為LixC＋Li4Ti5O12=Li(x-5)C＋Li9Ti5O12，則充電時(shí)為電解池，是放電時(shí)的逆過(guò)程，充電時(shí)的總反應(yīng)為：Li(x-5)C＋Li9Ti5O12LixC＋Li4Ti5O12，陰極上得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Li(x-5)C+5Li++5e-=LixC。