Question

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

(6)研究發現，用石墨作陽極、鈦網作陰極、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，陰極發生反應；2Ca2＋＋4e－===2Ca，陽極發生反應：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電解槽的陽極發生氧化反應：2O2－－4e－=O2↑(或C＋2O2－－4e－=CO2↑)。②制備金屬鈦時，發生反應：2CaO2Ca＋O2↑，2Ca＋TiO2Ti＋2CaO由此可見，CaO的總量不變。