Question

工業(yè)上，以鈦鐵礦為原料制備二氧化鈦的某工藝流程如圖1所示．鈦鐵礦主要成分為鈦酸亞鐵（ TETiO₃）．其中一部分鐵元素在風(fēng)化過程中會轉(zhuǎn)化為+3價．

完成下列填空：
（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

 

．
（2）步驟③中，實現(xiàn)混合物的分離是利用物質(zhì)的

 

（填字母序號）．
a．熔沸點差異    b溶解性差異    c氧化性、還原性差異
（3）步驟②、③、④中，均需進行的操作是

 

（填操作名稱）．
（4）可利用生產(chǎn)過程中的廢液與軟錳礦（主要成分MnO₂）反應(yīng)生產(chǎn)硫酸錳，則反應(yīng)的離子方程式為
（5）利用圖2裝置，石墨作陽極，鈦網(wǎng)作陰極，熔融CaF₂-CaO做電解質(zhì)，可獲得金屬鈣，鈣再作為還
原劑，可還原二氧化鈦制各金屬鈦．
①陽極所發(fā)生的反應(yīng)為

 

．
②在制備金屬鈦前后，CaO的總量不變，其原因是

 

．
（6）T業(yè)上用4.0噸鈦鐵礦制得1 6噸的二氧化鈦，則鈦鐵礦中鈦元素的質(zhì)量分數(shù)是

 

．（假設(shè)生產(chǎn)過程中鈦沒有損失）

Answer 1

考點：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用,電解原理

專題：實驗設(shè)計題,電化學(xué)專題

分析：（1）金屬鐵可以和鐵離子反應(yīng)生成亞鐵離子，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)生成二價錳的化合物，結(jié)合電荷守恒和原子守恒寫出；
（5）①依據(jù)圖示生成物質(zhì)的分析，陽極生成二氧化碳，陰極析出鈣，結(jié)合電解池中陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，寫出電極反應(yīng)；
②根據(jù)電解槽中發(fā)生的反應(yīng)：2CaO

通電  .

2Ca+O₂↑以及鈣還原二氧化鈦反應(yīng)方程式：2Ca+TiO₂=Ti+2CaO來回答；
（6）根據(jù)鈦原子守恒進行解答．

解答： 解：（1）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，通過冷卻熱飽和溶液得到，故答案為：b；
（3）②③④步驟的操作過程中都得到沉淀或晶體，所以需要過濾得到固體和溶液，故答案為：過濾；
（4）利用生產(chǎn)過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）①用石墨作陽極、鈦網(wǎng)作陰極、熔融CaF₂-CaO作電解質(zhì)，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極析出鈣金屬發(fā)生還原反應(yīng)，陽極圖示產(chǎn)物可可知，陽極生成二氧化碳氣體，是電解質(zhì)中的氧離子失電子生成氧氣，氧氣和陽極石墨反應(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↑；
②陰極上電極反應(yīng)式為：2Ca²⁺+4e^-═2Ca，陽極上電極反應(yīng)為：2O^2--4e^-=O₂↑，電解槽中發(fā)生反應(yīng)：2CaO

通電  .

2Ca+O₂↑，鈣還原二氧化鈦反應(yīng)方程式為：2Ca+TiO₂=Ti+2CaO，在制備金屬鈦前后，整套裝置中CaO的總量不變，故答案為：電解槽中發(fā)生反應(yīng)：2CaO

通電  .

2Ca+O₂↑，鈣還原二氧化鈦反應(yīng)方程式為：2Ca+TiO₂=Ti+2CaO，在制備金屬鈦前后，整套裝置中CaO的總量不變；
（6）如果取鈦鐵礦4t，生產(chǎn)出16噸的二氧化鈦，其中鈦元素的質(zhì)量是16×

48

80

×100%=9.6t，所以鈦鐵礦中鈦的質(zhì)量分數(shù)

9.6

4

×100%=24%，
故答案為：24%．

點評：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．