Question

工業(yè)上，以鈦鐵礦為原料制備二氧化鈦的工藝流程如圖所示．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(guò)程中會(huì)轉(zhuǎn)化為+3價(jià)．

已知：TiOSO₄遇水會(huì)水解．
（1）寫出相應(yīng)的離子方程式：
步驟①中，鈦元素從鈦鐵礦中溶入溶液時(shí)發(fā)生的反應(yīng)為：

FeTiO₃+4H⁺=Fe²⁺+TiO²⁺+2H₂O

；
步驟②中，用鐵粉將Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe²⁺的反應(yīng)的為

2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺

．
（2）步驟③中，實(shí)現(xiàn)混合物的分離是利用物質(zhì)的

b

（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，均需用到的分離操作是

過(guò)濾

（填操作名稱）；步驟④中使用熱水的目的是

促使TiO²⁺水解平衡正向移動(dòng)

．
（4）可以利用生產(chǎn)過(guò)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

MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O

．
（5）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．寫出陽(yáng)極所發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式：

2O^2--4e^-=O₂↑，或C+2O^2--4e^-=CO₂↑

．

Answer 1

分析：（1）轉(zhuǎn)化關(guān)系中生成的離子分析判斷發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)和離子及其生成的離子，結(jié)合電荷守恒，原子守恒配平寫出離子方程式；
（2）根據(jù)物質(zhì)溶解度本題分析析出晶體的條件應(yīng)用；
（3）依據(jù)操作過(guò)程中形成的物質(zhì)溶解性和分離目的分析回答；
（4）依據(jù)二氧化錳的氧化性氧化亞鐵離子分析氧化還原反應(yīng)生成二價(jià)錳的化合物，結(jié)合電荷守恒和原子守恒寫出；
（5）依據(jù)圖示生成物質(zhì)的分析，陽(yáng)極生成二氧化碳，陰極析出鈣，結(jié)合電解池中陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，寫出電極反應(yīng)；

解答：解：（1）依據(jù)轉(zhuǎn)化關(guān)系中的生成兩種判斷，鈦鐵礦溶于酸生成亞鐵離子和TiO²⁺，反應(yīng)的離子方程式結(jié)合電荷守恒原子守恒配平寫出為：FeTiO₃+4H⁺=Fe²⁺+TiO²⁺+2H₂O；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：FeTiO₃+4H⁺=Fe²⁺+TiO²⁺+2H₂O；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，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；
故答案為：過(guò)濾；促使TiO²⁺水解平衡正向移動(dòng)；
（4）利用生產(chǎn)過(guò)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），利用二氧化錳的氧化性氧化亞鐵離子為三價(jià)鐵離子，反應(yīng)的離子方程式為：MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；
故答案為：MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；
（5）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)，陰極析出鈣金屬發(fā)生還原反應(yīng)，陽(yáng)極圖示產(chǎn)物可可知，陽(yáng)極生成二氧化碳?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)生成的二氧化碳，所以電極反應(yīng)為：2O^2--4e^-=O₂↑，或C+2O^2--4e^-=CO₂↑；
故答案為：2O^2--4e^-=O₂↑，或C+2O^2--4e^-=CO₂↑；

點(diǎn)評(píng)：本題考查了物質(zhì)分離的流程分析判斷，物質(zhì)性質(zhì)的應(yīng)用，離子性質(zhì)的應(yīng)用，分離操作的方法，氧化還原反應(yīng)的離子方程式的書(shū)寫方法，電解池原理的應(yīng)用，電極反應(yīng)的書(shū)寫原則．