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，難溶于水），其中一部分鐵元素在風(fēng)化過(guò)程中會(huì)轉(zhuǎn)化為+3價(jià)。

已知：TiOSO4遇水會(huì)水解。

（1）步驟①中，鈦酸亞鐵與硫酸反應(yīng)的離子方程式為__________________。

（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④的操作是_______________（填操作名稱）。

（4）步驟④中將TiO2+轉(zhuǎn)化為H2TiO3的原理TiO2++2H2O H2TiO3+ 2H+，該反應(yīng)的△H_______0（填＞或＜）；加水稀釋，平衡_________（填“正向”、“逆向”或“不”）移動(dòng)。

（5）可以利用生產(chǎn)過(guò)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），該反應(yīng)的離子方程式為__________________________。

（6）研究發(fā)現(xiàn)，可以用石墨作陽(yáng)極、鈦網(wǎng)作陰極、熔融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。在制備金屬鈦前后，CaO的總量不變，其原因是（請(qǐng)用化學(xué)方程式解釋）______________________________。

Answer 1

【答案】 FeTiO3 + 4H＋ = Fe2+ + TiO2++2H2O b 過(guò)濾 ＞ 正向 MnO2 + 2Fe2+ + 4H+ === Mn2+ + 2Fe3+ + 2H2O 2CaO === 2Ca + O2↑， 2Ca + TiO2 Ti + 2CaO，或： 陰極：2Ca2+ + 4e- == 2Ca 陽(yáng)極：2O2- - 4e- == O2↑，2Ca + TiO2 Ti + 2CaO

【解析】本題考查化學(xué)工藝流程，（1）根據(jù)流程①，以及FeTiO3難溶于水，因此鈦酸亞鐵與硫酸反應(yīng)的離子方程式為：FeTiO3 + 4H＋= Fe2＋+ TiO2＋+2H2O；（2）步驟③是冷卻結(jié)晶，得到FeSO4·7H2O，因此利用的是物質(zhì)的溶解性差異，故b正確；（3）步驟④在熱水中得到沉淀和溶液，因此操作步驟是過(guò)濾；（4）步驟④是在熱水中進(jìn)行，相當(dāng)于升溫，平衡向生成H2TiO3方向進(jìn)行，根據(jù)勒夏特列原理，該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，即△H>0，，加水稀釋，離子濃度降低，根據(jù)勒夏特列原理，應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行移動(dòng)；（5）廢液中含有Fe2＋，以還原性為主，MnO2作氧化劑，被還原成＋2價(jià)Mn，F(xiàn)e2＋被氧化成Fe3＋，因此有Fe2＋＋MnO2＋→Fe3＋＋Mn2＋，根據(jù)化合價(jià)升降進(jìn)行配平，即有MnO2＋2Fe2＋→Mn2＋＋2Fe3＋，根據(jù)電荷守恒和原子守恒，因此離子反應(yīng)方程式為：MnO2 + 2Fe2＋ + 4H＋ = Mn2＋ + 2Fe3＋ + 2H2O；（6）根據(jù)電解裝置圖，在陰極上發(fā)生Ca2＋＋2e－=Ca，陽(yáng)極上發(fā)生2O2－－4e－=O2，總反應(yīng)式為2CaO 2Ca＋O2↑，根據(jù)裝置圖，以及整個(gè)過(guò)程中CaO的總量不變，說(shuō)明在裝置的右側(cè)產(chǎn)生CaO，即發(fā)生的反應(yīng)是2Ca + TiO2 = Ti + 2CaO。