Question

【題目】Li4Ti5O12和LiFePO4都是鋰離子電池的電極材料，可利用鈦鐵礦（主要成分為FeTiO3，還含有少量MgO、SiO2等雜質）來制備，工藝流程如下：

回答下列問題：

（1）濾渣1為_______________，操作A為_________________，向濾液②中加入雙氧水的作用是___________________________________。

（2）“酸浸”后，鈦主要以TiOCl42－形式存在，寫出相應反應的離子方程式__________。

（3）TiO2·xH2O沉淀與雙氧水、氨水反應40 min所得實驗結果如下表所示：

溫度/℃	30	35	40	45	50
TiO2·xH2O轉化率%	92	95	97	93	88

分析40℃時TiO2·xH2O轉化率最高的原因_______________________________。

（4）若“濾液②”中c(Mg2+)=0.02 mol/L，加入雙氧水和磷酸（設溶液體積增加1倍），使Fe3+恰好沉淀完全即溶液中c(Fe3+)=1×10-5 mol/L，此時是否有Mg3(PO4)2沉淀生成？_____________________________________________（列式計算）。FePO4、Mg3(PO4)2的Ksp分別為1.3×10-22、1.0×10-24。

Answer 1

【答案】SiO2過濾將Fe2+氧化為Fe3+FeTiO3+ 4H+ + 4Cl＝Fe2++ TiOCl42 + 2H2O低于40℃，TiO2·xH2O轉化反應速率隨溫度升高而增加；超過40℃，雙氧水分解與氨氣逸出導致TiO2·xH2O轉化反應速率下降Fe3+恰好沉淀完全時，c(PO43－)=mol·L1=1.3×10-17 mol·L1，c3(Mg2+)×c2(PO43-)＝(0.01)3×(1.3×10-17)2=1.7×10-40＜Ksp Mg3(PO4)2]，因此不會生成Mg3(PO4)2沉淀

【解析】

（1）主要成分為FeTiO3，還含有少量MgO、SiO2等雜質，其中SiO2不溶于酸，所以濾渣為SiO2；濾液1中鈦粒子水解生成沉淀，因此分離方法是過濾；雙氧水具有氧化性，濾液中含有亞鐵離子，因此，加入雙氧水的作用是將溶液中的Fe2+氧化為Fe3+；

（2）酸浸后，FeTiO3溶于酸，反應方程式為：FeTiO3+ 4H+ + 4Cl＝Fe2++ TiOCl42 + 2H2O；

（3）溫度是影響速率的主要因素，但雙氧水在高溫下易分解、氨水易揮發，即原因低于40℃，TiO2·xH2O轉化反應速率隨溫度升高而增加；超過40℃，雙氧水分解與氨氣逸出導致TiO2·xH2O轉化反應速率下降；

（4）Fe3+恰好沉淀完全時，根據 可知

c(PO43－)=mol·L1=1.3×10-17 mol·L1，c3(Mg2+)×c2(PO43-)＝(0.01)3×(1.3×10-17)2=1.7×10-40＜Ksp Mg3(PO4)2]，因此不會生成Mg3(PO4)2沉淀。