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今年6月比亞迪正式發(fā)布刀片電池，大幅度提高了電動汽車的續(xù)航里程可媲美特斯拉，刀片電池采用磷酸鐵鋰技術。可利用鈦鐵礦【主要成分為FeTiO₃（難溶性亞鐵鹽），還含有少量MgO等雜質(zhì)】來制備LiFePO₄和Li₄Ti₅O₁₂等鋰離子電池的電極材料，工藝流程如圖。

回答下列問題：
（1）“酸浸”后，鈦主要以TiOCl₄^2-形式存在，寫出相應反應的離子方程式
FeTiO₃+4H⁺+4Cl^-=Fe²⁺+TiOCl₄^2-+2H₂O
FeTiO₃+4H⁺+4Cl^-=Fe²⁺+TiOCl₄^2-+2H₂O
。
（2）TiO₂?xH₂O沉淀與雙氧水、氨水“反應”轉(zhuǎn)化成（NH₄）₂Ti₅O₁₅溶液時，Ti元素的浸出率與反應溫度的關系如圖所示。反應溫度過高時，Ti元素浸出率變化的原因是
溫度過高時，雙氧水分解與氨氣逸出，導致Ti元素浸出率下降
溫度過高時，雙氧水分解與氨氣逸出，導致Ti元素浸出率下降
。
（3）“濾液②”中含有的金屬離子是
Mg²⁺、Fe²⁺
Mg²⁺、Fe²⁺
；加入雙氧水和磷酸使Fe³⁺恰好沉淀完全，即溶液中c（Fe³⁺）=1.0×10^-5mol?L^-1，此時溶液中c（PO₄）³=
1.3×10^-17mol/L
1.3×10^-17mol/L
。（FePO₄的K_sp=1.3×10）^-22
（4）寫出“高溫煅燒②”中由FePO₄制備LiFePO₄的化學方程式
2FePO₄+Li₂CO₃+H₂C₂O₄

高溫

2LiFePO₄+H₂O↑+3CO₂↑
2FePO₄+Li₂CO₃+H₂C₂O₄

高溫

2LiFePO₄+H₂O↑+3CO₂↑
。
（5）Li₂Ti₅O₁₅中Ti的化合價為+4，其中過氧鍵的數(shù)目為
4
4
。
（6）作為刀片電池正極材料的磷酸鐵鋰在充、放電時的局部放大示意圖如圖，則正極電極反應式是
Li_（1-x）FePO₄+xLi⁺+xe^-=LiFePO₄
Li_（1-x）FePO₄+xLi⁺+xe^-=LiFePO₄
。

【考點】物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應用．

【答案】FeTiO₃+4H⁺+4Cl^-=Fe²⁺+TiOCl₄^2-+2H₂O；溫度過高時，雙氧水分解與氨氣逸出，導致Ti元素浸出率下降；Mg²⁺、Fe²⁺；1.3×10^-17mol/L；2FePO₄+Li₂CO₃+H₂C₂O₄

高溫

2LiFePO₄+H₂O↑+3CO₂↑；4；Li_（1-x）FePO₄+xLi⁺+xe^-=LiFePO₄

【解答】

【點評】

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發(fā)布：2024/6/27 10:35:59組卷：42引用：1難度：0.3

相似題

1．為了保護環(huán)境，充分利用資源，某研究小組通過如下簡化流程，將工業(yè)制硫酸的硫鐵礦燒渣（鐵主要以Fe₂O₃存在）轉(zhuǎn)變成重要的化工原料FeSO₄（反應條件略）。

活化硫鐵礦還原Fe³⁺的主要反應為FeS₂+7Fe₂（SO₄）₃+8H₂O═15FeSO₄+8H₂SO₄，不考慮其他反應，請回答下列問題：
（1）第Ⅰ步H₂SO₄與Fe₂O₃反應的離子方程式是

。
（2）檢驗第Ⅱ步中Fe³⁺是否完全還原，應選擇

（填字母編號）。
A．KMnO₄溶液B．K₃[Fe（CN）₆]溶液C．KSCN溶液
（3）第Ⅲ步加FeCO₃調(diào)溶液pH到5.8左右，然后在第Ⅳ步通入空氣使溶液pH降到5．2，此時Fe²⁺不沉淀，濾液中鋁、硅雜質(zhì)被除盡。通入空氣引起溶液pH降低的原因是

。
（4）FeSO₄可轉(zhuǎn)化為FeCO₃，F(xiàn)eCO₃在空氣中加熱反應可制得鐵系氧化物材料，已知25℃，101kPa時：
4Fe（s）+3O₂（g）═2Fe₂O₃（s）△H=-1 648kJ?mol^-1
C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393kJ?mol^-1
2Fe（s）+2C（s）+3O₂（g）═2FeCO₃（s）△H=-1 480kJ?mol^-1FeCO₃在空氣中加熱反應生成Fe₂O₃的熱化學方程式是

。
（5）FeSO₄在一定條件下可制得FeS₂（二硫化亞鐵）納米材料。該材料可用于制造高容量鋰電池，電池放電時的總反應為4Li+FeS₂═Fe+2Li₂S，正極反應式是

。
（6）假如燒渣中的鐵全部視為Fe₂O₃，其含量為50%．將akg質(zhì)量分數(shù)為b%的硫酸加入ckg燒渣中浸取，鐵的浸取率為96%，其他雜質(zhì)浸出消耗的硫酸以及調(diào)pH后溶液呈微酸性所殘留的硫酸忽略不計。按上述流程，第Ⅲ步應加入FeCO₃

kg.（不需計算，寫出表達式即可）
發(fā)布：2024/12/22 8:0:1組卷：28引用：2難度：0.5
解析
2．為了保護環(huán)境，充分利用資源，某研究小組通過如下簡化流程，將工業(yè)制硫酸的硫鐵礦燒渣（Fe主要以Fe₂O₃存在）轉(zhuǎn)變成重要的化工原料FeSO₄（反應條件略）。

活化硫鐵礦還原Fe³⁺的主要反應為：FeS₂+7Fe₂（SO₄）₃+8H₂O=15FeSO₄+8H₂SO₄，不考慮其它反應，請回答下列問題：
（1）第Ⅰ步H₂SO₄與Fe₂O₃反應的離子方程式是

。
（2）檢驗第Ⅱ步中Fe³⁺是否完全被還原，應選擇

（填字母編號）。
A．KMnO₄溶液 B．KCl溶液 C．KSCN 溶液
（3）第Ⅲ步加FeCO₃調(diào)溶液pH到5.8左右，然后在第Ⅳ步通入空氣使溶液pH到5.2，此時Fe²⁺不沉淀，濾液中鋁、硅雜質(zhì)被除盡，通入空氣引起溶液pH降低的原因是

。
（4）FeSO₄可轉(zhuǎn)化為FeCO₃，F(xiàn)eCO₃在空氣中加熱反應可制得鐵系氧化物材料。
已知25℃，101kPa時：
4Fe（s）+3O₂（g）═2Fe₂O₃（s）△H=-1648kJ/mol
C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393kJ/mol
2Fe（s）+2C（s）+3O₂（g）═2FeCO₃（s）△H=-1480kJ/mol
FeCO₃在空氣中加熱反應生成Fe₂O₃的熱化學方程式是

。
（5）FeSO₄在一定條件下可制得FeS₂（二硫化亞鐵）納米材料，該材料可用于制造高容量鋰電池，電池放電時的總反應為4Li+FeS₂=Fe+2Li₂S，正極反應式是

（6）假如燒渣中的鐵全部視為Fe₂O₃，其含量為50%，將a kg質(zhì)量分數(shù)為b%的硫酸加入到c kg燒渣中浸取，鐵的浸取率為96%，其它雜質(zhì)浸出消耗的硫酸以及調(diào)pH后溶液呈微酸性所殘留的硫酸忽略不計，按上述流程，第Ⅲ步應加入FeCO₃

kg。
發(fā)布：2024/12/22 8:0:1組卷：495引用：3難度：0.3
解析
3．四氧化三錳用于電子工業(yè)生產(chǎn)軟磁鐵氧體，用作電子計算機中存儲信息的磁芯。以工業(yè)硫酸錳為原料（含有少量CaO、MgO、Ca（OH）₂等物質(zhì)）制備Mn₃O₄的工藝流程如圖：

已知：①氧化時鼓入空氣使溶液的電位迅速上升；
②四氧化三錳中錳的化合價與四氧化三鐵中鐵的化合價類似。
回答下列問題：
（1）為提高“溶解”效率，可采取的措施有

。
（2）濾渣的主要成分是

。
（3）氧化時，生成Mn₃O₄的離子方程式為

產(chǎn)生氨氣以回收利用。
（4）向母液可加入

。
A.CaO
B.稀氫氧化鈉溶液
C.氫氧化鈣固體
D.（NH₄）₂CO₃
（5）通過對上述“氧化”工藝進行數(shù)據(jù)收集及資料分析可知溶液電位與pH等關系如圖所示

氧化時N₂H₄?H₂O的作用是

。
（6）四氧化三錳的其他制法：
①熱還原法：
在甲烷氣體存在下，將Mn₂O₃還原成Mn₃O₄的化學方程式為

。
②電解法：
利用電解原理，制備四氧化三錳裝置如圖所示。（電極材料均為惰性電極，＜代表電子流向）

電源正極為

（填“a”或“b”），陽極的電極反應式為

。
發(fā)布：2024/12/22 8:0:1組卷：14引用：1難度：0.6
解析

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