Question

【題目】鈦白粉(TiO2)是重要的白色顏料，LiFePO4是鋰離子電池的正極材料。一種利用鈦鐵礦( 主要成分為FeTiO3 和少量Fe2O3 )進行鈦白粉和LiFePO4 的聯合生產工藝如下圖所示:

回答下列問題:

（1） LiFePO4中Fe的化合價是_______________________。

（2）鈦鐵礦“酸溶”前需要進行粉碎，粉碎的目的是__________________________________。

（3）用離子方程式表示操作I加入鐵粉的目的:__________________________。操作II為一系列操作，名稱是加熱濃縮、冷卻結晶、過濾，其中用到的陶瓷儀器的名稱是___________。

（4）TiO2+易水解，則其水解的離子方程式為______________________；“轉化”利用的是TiO2+的水解過程，需要對溶液加熱，加熱的目的是________________________________。

（5）“沉鐵”的的是使Fe3+生成FePO4，當溶液中c(PO43-)= 1.0×10-17mol/L時可認為Fe3+ 沉淀完全，則溶液中Fe3+沉淀完全時的c(Fe3+)=_______mol/L[已知:該溫度下，Ksp(FePO4)=1.0×10-22]。

（6）由“沉鐵”到制備LiFePO4的過程中，所需17% H2O2溶液與草酸( H2C2O4)的質量比是_____。

Answer 1

【答案】 +2 增加鈦鐵礦與硫酸按觸面積，增大酸溶速率 2H++Fe==H2↑+Fe2+、Fe+2Fe3+==3Fe2+ 蒸發皿 TiO2++2H2OTiO(OH)2+2H+ 促進水解( 或加快水解反應速率) 1.0×10-5 20:9

【解析】鈦鐵礦[主要成分為鈦酸亞鐵(FeTiO)3，含有少量Fe2O3]加硫酸溶解生成TiO2+和Fe3+、Fe2+，加入鐵還原鐵離子：2Fe3++Fe=3Fe2+，得到硫酸亞鐵和TiOSO4，對溶液蒸發濃縮、冷卻結晶，過濾得到綠礬晶體和TiOSO4溶液，將TiOSO4溶液加熱，促進TiO2+的水解生成TiO(OH)2，TiO2++2H2O=TiO(OH)2+2H+，分解得到鈦白粉(TiO2)；將綠礬與過氧化氫、H3PO4混合沉鐵：2Fe2++H2O2+2H3PO4=2FePO4↓+2H2O+4H+，將得到的FePO4與草酸、Li2CO3焙燒生成鋰離子電池的正極材料LiFePO4。

(1)LiFePO4中Li的化合價為+1價，P為+5價O為-2價，根據正負化合價的代數和為0，Fe的化合價是+2，故答案為：+2；

(2)鈦鐵礦“酸溶”前需要進行粉碎，粉碎可以增加鈦鐵礦與硫酸按觸面積，增大酸溶速率，故答案為：增加鈦鐵礦與硫酸按觸面積，增大酸溶速率；

(3)加入鐵粉主要是還原鐵離子，也會與過量的酸反應：2H++Fe==H2↑+Fe2+、2Fe3++Fe=3Fe2+；操作II為一系列操作，名稱是加熱濃縮、冷卻結晶、過濾，其中用到的陶瓷儀器為蒸發皿，故答案為：2H++Fe==H2↑+Fe2+、Fe+2Fe3+==3Fe2+；蒸發皿；

(4)TiO2+易水解生成TiO(OH)2，其水解的離子方程式為TiO2++2H2OTiO(OH)2+2H+；“轉化”利用的是TiO2+的水解過程，需要對溶液加熱，加熱可以促進水解，故答案為：TiO2++2H2OTiO(OH)2+2H+；促進水解；

(5)Ksp(FePO4)= c(Fe3+) c(PO43-)，則c(Fe3+)===1.0×10-5 mol/L，故答案為：1.0×10-5；

(6)“沉鐵”的為綠礬與過氧化氫、H3PO4混合生成FePO4，離子方程式為：2Fe2++H2O2+2H3PO4=2FePO4↓+2H2O+4H+，焙燒時的反應方程式為2FePO4+Li2CO3+H2C2O42LiFePO4+H2O+3CO2↑；H2O2與草酸(H2C2O4)的物質的量之比為1:1，則17% H2O2溶液與草酸(H2C2O4)的質量比為=，故答案為：。