Question

3．TiO₂在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中有重要用途．
I、工業(yè)上用鈦鐵礦石（FeTiO₃，含F(xiàn)eO、Al₂O₃、SiO₂等雜質(zhì)）經(jīng)過下述反應(yīng)制得：

其中，步驟③發(fā)生的反應(yīng)為：2H₂SO₄+FeTiO₃=TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O．
（1）凈化鈦礦石時，需用濃氫氧化鈉溶液來處理，寫出該過程中兩性氧化物發(fā)生反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式：Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O．
（2）④中加入的X可能是A
A．H₂O₂     B．KMnO₄      C．KOH       D．SO₂
（3）④⑤兩步的目的是除去亞鐵離子．
（4）寫出⑥的化學(xué)反應(yīng)方程式TiOSO₄+3H₂O=TiO₂•2H₂O↓+H₂SO₄．
II、TiO₂可通過下述兩種方法制備金屬鈦：方法一是先將TiO₂與Cl₂、C反應(yīng)得到TiCl₄，再用鎂還原得到Ti．
（5）寫出生成TiCl₄的化學(xué)反應(yīng)方程式TiO₂+Cl₂+C=TiCl₄+CO₂或TiO₂+Cl₂+2C=TiCl₄+2CO
方法二是電解TiO₂來獲得Ti（同時產(chǎn)生O₂）：
將處理過的TiO₂作陰極，石墨為陽極，熔融CaO為電解液，用碳塊作電解槽池．
（6）陰極反應(yīng)的電極反應(yīng)式為TiO₂+4e^-=Ti+2O^2-（或Ti⁴⁺+4e^-=Ti）．
（7）電解過程中需定期向電解槽池中加入碳塊的原因是碳單質(zhì)會與陽極產(chǎn)生的氧氣反應(yīng)而不斷減少．

Answer 1

分析 鈦鐵礦石粉碎、凈化，凈化時加入濃NaOH溶液，發(fā)生的反應(yīng)為Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O、
SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O；
然后向鈦鐵礦石中加入過量80%硫酸并加熱至343K-353K，發(fā)生反應(yīng)2H₂SO₄+FeTiO₃=TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O，F(xiàn)eO和硫酸反應(yīng)生成FeSO₄，加入X并調(diào)節(jié)溶液的pH得到沉淀和TiO²⁺、SO₄^2-，說明加入X后將亞鐵離子氧化為鐵離子然后調(diào)節(jié)溶液pH值將鐵離子沉淀，
然后將TiO²⁺、SO₄^2-加熱、過濾得到TiO₂.2H₂O，焙燒得到TiO₂；
（1）兩性氧化物是氧化鋁，和NaOH溶液反應(yīng)生成鹽和水；
（2）④X應(yīng)該具有強氧化性，且不能引進雜質(zhì)；
（3）④⑤兩步的目的是除去亞鐵離子；
（4）⑥中TiO²⁺水解生成TiO₂.2H₂O；
（5）TiO₂與Cl₂、C反應(yīng)得到TiCl₄，同時生成二氧化碳或CO，再用鎂還原得到Ti和氯化鎂；
（6）陰極上得電子反應(yīng)還原反應(yīng)生成金屬鈦；
（7）陽極上氧離子失電子生成氧氣，氧氣和C反應(yīng)生成二氧化碳．

解答 解：鈦鐵礦石粉碎、凈化，凈化時加入濃NaOH溶液，發(fā)生的反應(yīng)為Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O、
SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O；
然后向鈦鐵礦石中加入過量80%硫酸并加熱至343K-353K，發(fā)生反應(yīng)2H₂SO₄+FeTiO₃=TiOSO₄+FeSO₄+2H₂O，F(xiàn)eO和硫酸反應(yīng)生成FeSO₄，加入X并調(diào)節(jié)溶液的pH得到沉淀和TiO²⁺、SO₄^2-，說明加入X后將亞鐵離子氧化為鐵離子然后調(diào)節(jié)溶液pH值將鐵離子沉淀，
然后將TiO²⁺、SO₄^2-加熱、過濾得到TiO₂.2H₂O，焙燒得到TiO₂；
（1）兩性氧化物是氧化鋁，和NaOH溶液反應(yīng)生成鹽和水，離子反應(yīng)方程式為Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O，
故答案為：Al₂O₃+2OH^-=2AlO₂^-+H₂O；
（2）④X應(yīng)該具有強氧化性，且不能引進雜質(zhì)，具有氧化性的是雙氧水和高錳酸鉀溶液，但高錳酸鉀溶液氧化亞鐵離子時引進新的雜質(zhì)，故選A；
（3）④⑤兩步的目的是除去亞鐵離子，防止制得的二氧化鈦中含有雜質(zhì)，故答案為：除去亞鐵離子；
（4）⑥中TiO²⁺水解生成TiO₂.2H₂O，反應(yīng)方程式為TiOSO₄+3H₂O=TiO₂•2H₂O↓+H₂SO₄，
故答案為：TiOSO₄+3H₂O=TiO₂•2H₂O↓+H₂SO₄；
（5）TiO₂與Cl₂、C反應(yīng)得到TiCl₄，同時生成二氧化碳或CO，再用鎂還原得到Ti和氯化鎂，則生成四氯化鈦的反應(yīng)方程式為TiO₂+Cl₂+C=TiCl₄+CO₂或TiO₂+Cl₂+2C=TiCl₄+2CO，
故答案為：TiO₂+Cl₂+C=TiCl₄+CO₂或TiO₂+Cl₂+2C=TiCl₄+2CO；
（6）陰極上得電子反應(yīng)還原反應(yīng)生成金屬鈦，電極反應(yīng)式為TiO₂+4e^-=Ti+2O^2-（或Ti⁴⁺+4e^-=Ti），
故答案為：TiO₂+4e^-=Ti+2O^2-（或Ti⁴⁺+4e^-=Ti）；
（7）陽極上氧離子失電子生成氧氣，氧氣和C反應(yīng)生成二氧化碳，所以需要定期補充碳，
故答案為：碳單質(zhì)會與陽極產(chǎn)生的氧氣反應(yīng)而不斷減少．

點評 本題考查物質(zhì)的分離提純和制備，為高頻考點，側(cè)重考查學(xué)生對化學(xué)工藝流程的理解、分析、判斷及對知識的綜合運用能力，涉及除雜、氧化還原反應(yīng)、電解原理等知識點，明確化學(xué)反應(yīng)原理、元素化合物性質(zhì)是解本題關(guān)鍵，易錯點是（6）題電極反應(yīng)式的書寫．