Question

2．工業(yè)上，以鈦鐵礦為原料制備二氧化鈦的工藝流程如圖1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，均需用到的操作是過(guò)濾（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：溶液中存在平衡：TiO²⁺+2H₂O?H₂TiO₃+2H⁺，當(dāng)加入熱水稀釋、升溫后，平衡正向移動(dòng)，生成H₂TiO₃．
（5）上述工藝流程中可以循環(huán)利用的物質(zhì)是H₂SO₄或硫酸．
（6）在酸性環(huán)境中，利用電化學(xué)原理可生成的羥基自由基（•OH） 其反應(yīng)為Fe²⁺+H₂O₂=Fe³⁺+OH^-+•OH，成的羥基自由基對(duì)有機(jī)物有極強(qiáng)的氧化能力，可用于水體里有機(jī)污染物降解的高級(jí)氧化技術(shù)．電解原理如圖2：
①寫出陽(yáng)極所發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式H₂O-e^-=•OH+H⁺．
②電解過(guò)程中，假設(shè)電極上每1molFe³⁺轉(zhuǎn)變?yōu)镕e²⁺的同時(shí)也消耗1molO₂，則每消耗1molO₂電解液中可以產(chǎn)生4mol•OH．

Answer 1

分析 第①步加硫酸溶解生成TiO²⁺和Fe²⁺、Fe³⁺等，第②步加鐵粉還原Fe³⁺，過(guò)濾除去濾渣，第③步冷卻結(jié)晶，過(guò)濾得到FeSO₄•7H₂O和含有TiO²⁺的溶液；第④步加熱，熱水使TiO²⁺水解生成H₂TiO₃，過(guò)濾得到H₂TiO₃；第⑤步H₂TiO₃受熱分解生成化生成TiO₂．
（1）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；
（3）②③④都是從溶液中得到固體的分離過(guò)程，需要用過(guò)濾裝置；
（4）依據(jù)溶液中存在平衡：TiO²⁺+2H₂O?H₂TiO₃+2H⁺，平衡影響因素和平衡移動(dòng)原理分析；
（5）根據(jù)流程分析；
（6）①陽(yáng)極上水失電子生成羥基和氫離子；
②根據(jù)電子守恒分析．

解答 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：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）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⁺+2H₂O?H₂TiO₃+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⁺+2H₂O?H₂TiO₃+2H⁺，當(dāng)加入熱水稀釋、升溫后，平衡正向移動(dòng)，生成H₂TiO₃；
（5）從流程可知，最終廢液中有硫酸，可循環(huán)利用；
故答案為：H₂SO₄或硫酸；
（6）①陽(yáng)極上水失電子生成羥基和氫離子，其電極方程式為：H₂O-e^-=•OH+H⁺；
故答案為：H₂O-e^-=•OH+H⁺；
②1molO₂轉(zhuǎn)化為2molH₂O₂轉(zhuǎn)移2mole^-，由Fe²⁺+H₂O₂=Fe³⁺+OH^-+•OH可知，生成2mol•OH，轉(zhuǎn)移2mole^-，在陽(yáng)極上生成2mol•OH，所以消耗1molO₂，可以產(chǎn)生4mol•OH；
故答案為：4．

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)的離子方程式的書寫方法，電解池原理的應(yīng)用，電極反應(yīng)的書寫原則．