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)，其中一部分Fe2+在風化過程中會轉化為+3價。

已知：TiO(OH)2(即H2TiO3)為兩性氫氧化物

(1)步驟②中，發(fā)生主要反應的離子方程式為__________。

(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，均需用到的操作是__________(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)上述工藝流程中可以循環(huán)利用的物質是__________

(6)研究發(fā)現(xiàn)，可以用石墨作陽極、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)生反應的電極反應式__________。

②在制備金屬Ti前后，CaO的質量將__________(填“增大”、“不變”或“減小”)。

Answer 1

【答案】2Fe3+ + Fe= 3Fe2+ B 過濾 溶液中存在平衡：TiO2+ + 2H2OH2TiO3+ 2H+，當加入熱水稀釋、升溫后，平衡正向移動，生成H2TiO3 H2SO4或硫酸 202--4e=O2↑或C+O2--4e- = CO↑ 不變

【解析】

（1）步驟②中，用鐵粉將Fe3+轉化為Fe2+。

（2）溶液中析出晶體是利用物質溶解度的不同得到的。

（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。

（4）根據(jù)溶液中存在平衡：TiO2+ + 2H2OH2TiO3+ 2H+來解答。

（5）流程中生成了硫酸，可循環(huán)使用。

（6）①陽極圖示產(chǎn)物可知，陽極生成一氧化碳氣體，是電解質中的氧離子失電子生成氧氣，氧氣和陽極石墨反應生成的一氧化碳。

②制備TiO2 時，在電解槽發(fā)生如下反應：陰極: 2Ca2+ +4e—=2Ca 陽極：202--4e-= O2↑，鈣再還原二氧化鈦生成鈦：

2Ca+TiO2 = Ti+2CaO。

（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+，

故答案為：2Fe3+ + Fe= 3Fe2+。

（2）步驟③冷卻結晶得到硫酸亞鐵晶體，利用的是物質溶解度的不同，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TiO2+水解生成H2TiO3，分離出固體加熱得到TiO2；溶液中存在平衡：TiO2+ + 2H2OH2TiO3+ 2H+，當加入熱水稀釋、升溫后，平衡正向移動，生成H2TiO3；故答案為：溶液中存在平衡：TiO2+ + 2H2OH2TiO3+ 2H+，當加入熱水稀釋、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,陽極發(fā)生氧化反應，陰極析出鈣、發(fā)生還原反應，由陽極圖示產(chǎn)物可知，陽極生成一氧化碳氣體，是電解質中的氧離子失電子生成氧氣，氧氣和陽極石墨反應生成的一氧化碳,所以電極反應為：202--4e=O2↑，或C+O2--4e- = CO↑，故答案為：202--4e=O2↑或C+O2--4e- = CO↑。

②制備TiO2 時，在電解槽發(fā)生如下反應：陰極: 2Ca2+ +4e—=2Ca 陽極：202--4e-= O2↑，鈣再還原二氧化鈦生成鈦：

2Ca+TiO2 = Ti+2CaO，由此可見，CaO 的量不變，故答案為:不變。