Question

12．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)化過程中會轉(zhuǎn)化為+3價．

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，實現(xiàn)混合物的分離是利用物質(zhì)的B（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，均需用到的操作是過濾（填操作名稱）．
（4）請結(jié)合化學(xué)用語用化學(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)加入熱水將溶液稀釋、升溫后，平衡正向移動，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）研究發(fā)現(xiàn)，可以用石墨作陽極、鐵網(wǎng)作陰極、熔觸CaF₂-CaO作電解質(zhì)，利用圖2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寫出陽極所發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式2O^2--4e^-=O₂↑或C+O^2--2e^-=CO↑．
②在制備金屬Ti前后，CaO的質(zhì)量將不變（填“增大”、“不變”或“減小”）

Answer 1

分析 （1）由流程可知：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程，需要用過濾裝置；
（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原理分析判斷；
（5）流程中生成了硫酸，可循環(huán)使用；
（6）①依據(jù)裝置圖分析判斷，陽極生成一氧化碳?xì)怏w，是電解質(zhì)中的氧離子失電子生成氧氣，氧氣和陽極石墨反應(yīng)生成的一氧化碳；
②制備TiO₂時，在電解槽發(fā)生如下反應(yīng)：陰極：2Ca²⁺+4e^-═2Ca 陽極：2O^2--4e^-═O₂↑，2Ca+TiO₂$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$Ti+2CaO，由此可見，CaO的量不變．

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）步驟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，生成H₂TiO₃；
故答案為：溶液中存在平衡：TiO²⁺+2H₂O?H₂TiO₃+2H⁺，當(dāng)加入熱水將溶液稀釋、升溫后，平衡正向移動，生成H₂TiO₃；
（5）流程中生成了硫酸，步驟①中使用硫酸，可循環(huán)使用；
故答案為：H₂SO₄或硫酸；
（6）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，陽極生成一氧化碳?xì)怏w，是電解質(zhì)中的氧離子失電子生成氧氣，氧氣和陽極石墨反應(yīng)生成的一氧化碳，所以電極反應(yīng)為：2O^2--4e^-=O₂↑，或C+O^2--4e^-=CO↑；
故答案為：2O^2--4e^-=O₂↑或C+O^2--2e^-=CO↑；
②制備TiO₂時，在電解槽發(fā)生如下反應(yīng)：陰極：2Ca²⁺+4e^-═2Ca      陽極：2O^2--4e^-═O₂↑；2Ca+TiO₂$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$Ti+2CaO，由此可見，CaO的量不變；
故答案為：不變．

點評 本題考查了物質(zhì)制備流程分析判斷，為高考常見題型，綜合考查實驗基本操作，離子方程式的書寫等，考查學(xué)生對所學(xué)知識的綜合應(yīng)用能力，注意物質(zhì)分離的流程分析判斷，物質(zhì)性質(zhì)的應(yīng)用，題目難度中等．