Question

7．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（TETiO₃），其中一部分鐵元素在風化過程中會轉(zhuǎn)化為+3價．

已知：TiOSO₄遇水會水解．
（1）步驟②中，用鐵粉將Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe²⁺的反應的離子方程式為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，均需用到的分離操作是過濾（填操作名稱）；
（4）請結(jié)合化學用語用化學平衡理論解釋步驟④中將TiO²⁺轉(zhuǎn)化為H₂TiO₃的原理：溶液中存在平衡：TiO²⁺+2H₂O?H₂TiO₃+2H⁺，當加入熱水稀釋、升溫后，平衡正向移動，生成H₂TiO₃．
（5）可以利用生產(chǎn)過程中的廢液與軟錳礦（主要成分為MnO₂）反應生產(chǎn)硫酸錳（MnSO₄，易溶于水），則反應的離子方程式為MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O．
（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(zhì)，利用如圖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)生反應的電極反應式：2O^2--4e^-=O₂↑，或C+2O^2--4e^-=CO₂↑．
②在制備金屬鈦前后，CaO的總量不變，其原因是（請結(jié)合化學用語解釋）制備TiO₂時，在電解槽發(fā)生如下反應：2CaO═2Ca+O₂↑，2Ca+TiO₂$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$Ti+2CaO，由此可見，CaO的量不變．

Answer 1

分析 （1）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）廢液主要是亞鐵離子、氫離子和二氧化錳反應發(fā)生氧化還原反應生成錳離子和鐵離子；
（6）①依據(jù)裝置圖分析判斷，陽極生成二氧化碳氣體，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生成的二氧化碳；
②制備TiO₂時，在電解槽發(fā)生如下反應：陰極：2Ca²⁺+4e^-═2Ca 陽極：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）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⁺+2H₂O?H₂TiO₃+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⁺+2H₂O?H₂TiO₃+2H⁺，當加入熱水稀釋、升溫后，平衡正向移動，生成H₂TiO₃；
（5）利用生產(chǎn)過程中的廢液與軟錳礦（主要成分為MnO₂）反應生產(chǎn)硫酸錳（MnSO₄，易溶于水），利用二氧化錳的氧化性氧化亞鐵離子為三價鐵離子，反應的離子方程式為：MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；
故答案為：MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；
（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，陰極析出鈣金屬發(fā)生還原反應，陽極圖示產(chǎn)物可可知，陽極生成二氧化碳氣體，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生成的二氧化碳，所以電極反應為：2O^2--4e^-=O₂↑，或C+2O^2--4e^-=CO₂↑；
故答案為：2O^2--4e^-=O₂↑，或C+2O^2--4e^-=CO₂↑；
②制備TiO₂時，在電解槽發(fā)生如下反應：2CaO═2Ca+O₂↑，2Ca+TiO₂$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$Ti+2CaO，由此可見，CaO的量不變；
或：制備TiO₂時，在電解槽發(fā)生如下反應：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：制備TiO₂時，在電解槽發(fā)生如下反應：2CaO═2Ca+O₂↑，2Ca+TiO₂$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$Ti+2CaO，由此可見，CaO的量不變．

點評 本題考查了物質(zhì)分離的流程分析判斷，物質(zhì)性質(zhì)的應用，離子性質(zhì)的應用，分離操作的方法，氧化還原反應的離子方程式的書寫方法，電解池原理的應用，電極反應的書寫原則．