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)生反應(yīng)的主要離子方程式為______________。

（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(chēng)）。

（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、鐵網(wǎng)作陰極、熔觸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(xiě)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)加入熱水將溶液稀釋、升溫后，平衡正向移動(dòng)，生成H2TiO3。 H2SO4或硫酸 2O2－-4e-=O2↑或C+O2--2e-=CO↑ 不變

【解析】（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+；（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）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；這是由于溶液中存在平衡：TiO2++2H2OH2TiO3+2H+，當(dāng)加入熱水將溶液稀釋、升溫后，平衡正向移動(dòng)，生成H2TiO3。（5）根據(jù)流程圖可知廢液中含有硫酸，所以循環(huán)利用的物質(zhì)是硫酸；（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2O2－-4e-=O2↑或C+O2--2e-=CO↑；②制備TiO2時(shí)，在電解槽發(fā)生如下反應(yīng)：2CaO＝2Ca+O2↑，2Ca+TiO2＝Ti+2CaO，由此可見(jiàn)，CaO的量不變。