Question

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。鈦鐵礦的主要成分為鈦酸亞鐵(FeTiO3)，其中一部分鐵元素在風化過程中會轉化為＋3價。

 

已知：TiOSO4遇水會水解。

(1)步驟②中，用鐵粉將Fe3＋轉化為Fe2＋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，均需要進行的操作是________(填操作名稱)。

(4)請結合化學用語用化學平衡理論解釋步驟④中將TiO2＋轉化為H2TiO3的原理：

____________________________________________________________。

(5)利用生產(chǎn)過程中的廢液與軟錳礦(主要成分為MnO2)反應可生產(chǎn)硫酸錳(MnSO4，易溶于水)，該反應的離子方程式為__________________________________

(6)研究發(fā)現(xiàn)，用石墨作陽極、鈦網(wǎng)作陰極、熔融CaF2－CaO作電解質，利用如圖所示裝置可獲得金屬鈣，并可以鈣為還原劑，還原二氧化鈦制備金屬鈦。

寫出陽極的電極反應式：_________________________

在制備金屬鈦前后，CaO的總量不變，其原因是______________________________________(請結合化學用語解釋)。

 

Answer 1

(1)2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋　(2)b　(3)過濾

(4)溶液中存在平衡：TiO2＋＋2H2O??H2TiO3＋2H＋，當加入熱水稀釋、升溫后，平衡正向移動，生成H2TiO3　(5)MnO2＋2Fe2＋＋4H＋=Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O　(6)①2O2－－4e－=O2↑(或C＋2O2－－4e－=CO2↑)　②制備Ti時，發(fā)生反應：2CaO2Ca＋O2↑，2Ca＋TiO2Ti＋2CaO，由此可見，CaO的總量不變(或制備Ti時，陰極發(fā)生反應；2Ca2＋＋4e－===2Ca，陽極發(fā)生反應：2O2－－4e－===O2↑，2Ca＋TiO2Ti＋2CaO，由此可見，CaO的總量不變)

【解析】(1)步驟②中，用鐵粉將Fe3＋轉化為Fe2＋的反應的離子方程式為2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋。(2)步驟③中，冷卻結晶是利用物質在不同溫度下的溶解性差異來實現(xiàn)混合物的分離的。(3)分析流程圖可知，步驟②、③、④中均需進行的操作是過濾。(4)步驟③所得溶液中存在平衡：TiO2＋＋2H2O??H2TiO3＋2H＋，當加入熱水稀釋、升溫后，平衡正向移動，生成H2TiO3。(5)廢液中主要含有硫酸和硫酸亞鐵，與軟錳礦反應的離子方程式為MnO2＋2Fe2＋＋4H＋=Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O。(6)①電解槽的陽極發(fā)生氧化反應：2O2－－4e－=O2↑(或C＋2O2－－4e－=CO2↑)。②制備金屬鈦時，發(fā)生反應：2CaO2Ca＋O2↑，2Ca＋TiO2Ti＋2CaO由此可見，CaO的總量不變。