Question

【題目】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Fe2+在風(fēng)化過(guò)程中會(huì)轉(zhuǎn)化為+3價(jià)。

已知：TiO(OH)2(即H2TiO3)為兩性氫氧化物

(1)步驟②中，發(fā)生主要反應(yīng)的離子方程式為__________。

(2)步驟③中，實(shí)現(xiàn)混合物的分離是利用物質(zhì)的__________填字母序號(hào))。

A.熔沸點(diǎn)差異 B.溶解性差異 C.氧化性、還原性差異

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

(4)請(qǐng)結(jié)合化學(xué)用語(yǔ)，用化學(xué)平衡理論解釋步驟④中將TiO2+轉(zhuǎn)化為H2TiO3的原理：__________。

(5)上述工藝流程中可以循環(huán)利用的物質(zhì)是__________

(6)研究發(fā)現(xiàn)，可以用石墨作陽(yáng)極、鈦網(wǎng)作陰極、熔融CaF2-CaO作電解質(zhì)，利用如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(yáng)極所發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式__________。

②在制備金屬Ti前后，CaO的質(zhì)量將__________(填“增大”、“不變”或“減小”)。

Answer 1

【答案】2Fe3+ + Fe= 3Fe2+ B 過(guò)濾 溶液中存在平衡：TiO2+ + 2H2OH2TiO3+ 2H+，當(dāng)加入熱水稀釋、升溫后，平衡正向移動(dòng)，生成H2TiO3 H2SO4或硫酸 202--4e=O2↑或C+O2--4e- = CO↑ 不變

【解析】

（1）步驟②中，用鐵粉將Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe2+。

（2）溶液中析出晶體是利用物質(zhì)溶解度的不同得到的。

（3）②③④步驟的操作過(guò)程中都得到沉淀或晶體，所以需要過(guò)濾得到固體和溶液。

（4）根據(jù)溶液中存在平衡：TiO2+ + 2H2OH2TiO3+ 2H+來(lái)解答。

（5）流程中生成了硫酸，可循環(huán)使用。

（6）①陽(yáng)極圖示產(chǎn)物可知，陽(yáng)極生成一氧化碳?xì)怏w，是電解質(zhì)中的氧離子失電子生成氧氣，氧氣和陽(yáng)極石墨反應(yīng)生成的一氧化碳。

②制備TiO2 時(shí)，在電解槽發(fā)生如下反應(yīng)：陰極: 2Ca2+ +4e—=2Ca 陽(yáng)極：202--4e-= O2↑，鈣再還原二氧化鈦生成鈦：

2Ca+TiO2 = Ti+2CaO。

（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2Fe3+ + Fe= 3Fe2+，

故答案為：2Fe3+ + Fe= 3Fe2+。

（2）步驟③冷卻結(jié)晶得到硫酸亞鐵晶體，利用的是物質(zhì)溶解度的不同，通過(guò)冷卻熱飽和溶

液得到；故答案為B。

（3）②③④步驟的操作過(guò)程中都得到沉淀或晶體，所以需要過(guò)濾得到固體和溶液，故答案為：過(guò)濾。

（4）步驟④中使用熱水的目的是促進(jìn)TiO2+水解生成H2TiO3，分離出固體加熱得到TiO2；溶液中存在平衡：TiO2+ + 2H2OH2TiO3+ 2H+，當(dāng)加入熱水稀釋、升溫后，平衡正向移動(dòng)，生成H2TiO3；故答案為：溶液中存在平衡：TiO2+ + 2H2OH2TiO3+ 2H+，當(dāng)加入熱水稀釋、升溫后，平衡正向移動(dòng)，生成H2TiO3。

（5）流程中生成了硫酸，步驟①中使用硫酸，可循環(huán)使用，故答案為：H2SO4或硫酸。

（6）①用石墨作陽(yáng)極、鈦網(wǎng)作陰極、熔融CaF2 - CaO作電解質(zhì),陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極析出鈣、發(fā)生還原反應(yīng)，由陽(yáng)極圖示產(chǎn)物可知，陽(yáng)極生成一氧化碳?xì)怏w，是電解質(zhì)中的氧離子失電子生成氧氣，氧氣和陽(yáng)極石墨反應(yīng)生成的一氧化碳,所以電極反應(yīng)為：202--4e=O2↑，或C+O2--4e- = CO↑，故答案為：202--4e=O2↑或C+O2--4e- = CO↑。

②制備TiO2 時(shí)，在電解槽發(fā)生如下反應(yīng)：陰極: 2Ca2+ +4e—=2Ca 陽(yáng)極：202--4e-= O2↑，鈣再還原二氧化鈦生成鈦：

2Ca+TiO2 = Ti+2CaO，由此可見(jiàn)，CaO 的量不變，故答案為:不變。