Question

(12分) 工業(yè)上，以鈦鐵礦為原料制備二氧化鈦的工藝流程如下圖所示。鈦鐵礦主要成分為鈦酸亞鐵（FeTiO₃），其中一部分鐵元素在風(fēng)化過程中會轉(zhuǎn)化為+3價。

已知：TiOSO₄遇水會水解。

（1）步驟②中，用鐵粉將Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe²⁺的反應(yīng)的離子方程式為                  。

（2）步驟③中，實現(xiàn)混合物的分離是利用物質(zhì)的           （填字母序號）。a. 熔沸點差異 b. 溶解性差異   c. 氧化性、還原性差異

（3）步驟②、③、④中，均需用到操作是               （填操作名稱）。

（4）可以利用生產(chǎn)過程中的廢液與軟錳礦（主要成分為MnO₂）反應(yīng)生產(chǎn)硫酸錳（MnSO₄，易溶于水），則反應(yīng)的離子方程式為                                                。

（5）研究發(fā)現(xiàn)，可以用石墨作陽極、鈦網(wǎng)作陰極、熔融CaF₂-CaO作電解質(zhì)，利用下圖所示裝置獲得金屬鈣，并以鈣為還原劑，還原二氧化鈦制備金屬鈦。

①寫出陽極所發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式：                                    。

②在制備金屬鈦前后，CaO的總量不變，其原因是

（請結(jié)合化學(xué)用語解釋）                                        

 

Answer 1

【答案】

（1）2Fe³⁺ + Fe =3Fe²⁺  (2分)（2）b  (1分)（3）過濾(1分)

（4）MnO₂ + 2Fe²⁺ + 4H⁺ = Mn²⁺ + 2Fe³⁺ + 2H₂O(2分)

（5）① 2O^2- - 4e^- = O₂↑或 C + 2O^2- - 4e^- = CO₂↑(2分)

②制備TiO₂時，在電解槽發(fā)生如下反應(yīng)：2CaO 2Ca + O₂↑，  2Ca + TiO₂ =Ti + 2CaO，由此可見，CaO的量不變。或：  制備TiO₂時，在電解槽發(fā)生如下反應(yīng)：

陰極：2Ca²⁺ + 4e^- = 2Ca     

陽極：2O^2- - 4e^- = O₂↑

2Ca + TiO₂ = Ti + 2CaO，由此可見，CaO的量不變。(2分)

【解析】（1）鐵離子能把鐵單質(zhì)氧化生成亞鐵離子，方程式為2Fe³⁺ + Fe =3Fe²⁺  。

（2）冷卻結(jié)晶，有固體析出，因此是利用了物質(zhì)溶解性的差異，答案選b。

（3）根據(jù)流程圖可知，三次實驗中均產(chǎn)生不溶性物質(zhì)，所以都需要過濾。

（4）二氧化錳具有氧化性，能氧化廢液中的亞鐵離子，方程式為MnO₂ + 2Fe²⁺ + 4H⁺ = Mn²⁺ + 2Fe³⁺ + 2H₂O。

（5）①電解池中陽極失去電子，所以根據(jù)熔融體中的離子可知，應(yīng)該是氧離子失去電子，即 2O^2- - 4e^- = O₂↑或 C + 2O^2- - 4e^- = CO₂↑。

②由于制備TiO₂時，在電解槽發(fā)生如下反應(yīng)：2CaO 2Ca + O₂↑，  2Ca + TiO₂ =Ti + 2CaO，所以CaO的量不變。