Question

金屬鈦（Ti）性能優(yōu)越，被稱為繼鐵、鋁之后的“第三金屬”。工業(yè)上以鈦鐵礦（主要成分FeTiO3，含F(xiàn)eO、Al2O3、SiO2等雜質(zhì)）為主要原料冶煉金屬鈦，其生產(chǎn)的工藝流程圖如下：

已知：2H2SO4(濃)+ FeTiO3＝TiOSO4 + FeSO4 + 2H2O

(1)步驟I中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：                  、                   。

(2)已知：TiO2＋易水解，只能存在于強酸性溶液中。

        25 ℃時，難溶電解質(zhì)溶解度與pH關(guān)系如右圖，

TiO(OH)2溶度積Ksp＝1×10－29

①步驟Ⅲ加入鐵屑原因是           　         。

② TiO2＋水解的離子方程式為                  。

  向溶液II中加入Na2CO3粉末的作用是        。

當溶液pH=       時，TiO(OH)2已沉淀完全。

(3)TiCl4→Ti反應(yīng)后得到Mg、MgCl2、Ti的混合物，可采用真空蒸餾的方法分離得到Ti，依據(jù)下表信息，需加熱的溫度略高于        ℃即可。

	TiCl4	Mg	MgCl2	Ti
熔點/℃	－25.0	648.8	714	1667
沸點/℃	136.4	1090	1412	3287

(4)電解TiO2制備鈦的方法如右圖所示。該方法由于具備生產(chǎn)過程簡化、生產(chǎn)成本低、產(chǎn)品質(zhì)量高、環(huán)境友好等諸多優(yōu)點而引人注目。已知TiO2熔融狀態(tài)下不發(fā)生電離，電解時陰極反應(yīng)式為        。

Answer 1

【知識點】無機反應(yīng)、沉淀溶解平衡計算、除雜方法、電解原理

【答案解析】(1)Al2O3+2OH－=2AlO2－+H2O（或Al2O3+2OH－+3H2O=2[Al(OH)4]－）（2分）

SiO2+2OH－=SiO32－+H2O（2分）

(2)①將Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe2+，防止Fe3+與TiO2+同時生成沉淀（2分）

   ②TiO2++2H2OTiO(OH)2+2H+  （2分）    

調(diào)節(jié)溶液pH值，促進TiO2+水解 （1分）     2（2分）

    (3)1412  （1分）

(4)TiO2+4e－=Ti+2O2－（2分）

  解析：(1)步驟I加入濃氫氧化鈉后，只有Al2O3和SiO2發(fā)生反應(yīng)：Al2O3+2OH－=2AlO2－+H2O（或Al2O3+2OH－+3H2O=2[Al(OH)4]－），SiO2+2OH－=SiO32－+H2O

（2）①根據(jù)溶解度曲線，F(xiàn)e3+和TiO2+沉淀的PH差不多，步驟Ⅲ加入鐵屑將Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe2+，防止Fe3+與TiO2+同時生成沉淀；② 由沉淀的化學(xué)式寫出TiO2＋水解的離子方程式為：TiO2++2H2OTiO(OH)2+2H+；向溶液II中加入Na2CO3粉末的作用是調(diào)節(jié)溶液pH值，促進TiO2+水解，利于TiO2+向沉淀方向移動；溶液中的離子濃度小于10-5mol/L時，認為基本沉淀完全，根據(jù)TiO(OH)2溶度積Ksp=C(TiO2+)·C2(OH-)=1×10－29，求算溶液中的C(OH-)=10-12mol/L,PH=2；

（3）加熱的溫度略高于1412℃即可將Mg、MgCl2蒸餾出去，剩余Ti；

（4）電解TiO2制備鈦，+4價鈦在陰極得電子生成鈦單質(zhì)，TiO2熔融狀態(tài)下不發(fā)生電離，所以，陰極的電極反應(yīng)式為：TiO2+4e－=Ti+2O2－

【思路點撥】本題以制鈦為工藝流程考查常見離子的除雜、轉(zhuǎn)化、平衡移動等，綜合性較強，考查學(xué)生的綜合分析能力，難度中等。