Question

工業(yè)上，以鈦鐵礦為原料制備二氧化鈦的工藝流程如圖所示．鈦鐵礦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(zhuǎn)化為+3價．

已知：TiOSO₄遇水會水解．
（1）寫出相應的離子方程式：
步驟①中，鈦元素從鈦鐵礦中溶入溶液時發(fā)生的反應為：

FeTiO₃+4H⁺=Fe²⁺+TiO²⁺+2H₂O

；
步驟②中，用鐵粉將Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe²⁺的反應的為

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）；步驟④中使用熱水的目的是

促使TiO²⁺水解平衡正向移動

．
（4）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

．
（5）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．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↑

．

Answer 1

分析：（1）轉(zhuǎn)化關(guān)系中生成的離子分析判斷發(fā)生反應的物質(zhì)和離子及其生成的離子，結(jié)合電荷守恒，原子守恒配平寫出離子方程式；
（2）根據(jù)物質(zhì)溶解度本題分析析出晶體的條件應用；
（3）依據(jù)操作過程中形成的物質(zhì)溶解性和分離目的分析回答；
（4）依據(jù)二氧化錳的氧化性氧化亞鐵離子分析氧化還原反應生成二價錳的化合物，結(jié)合電荷守恒和原子守恒寫出；
（5）依據(jù)圖示生成物質(zhì)的分析，陽極生成二氧化碳，陰極析出鈣，結(jié)合電解池中陽極發(fā)生氧化反應，陰極發(fā)生還原反應，寫出電極反應；

解答：解：（1）依據(jù)轉(zhuǎn)化關(guān)系中的生成兩種判斷，鈦鐵礦溶于酸生成亞鐵離子和TiO²⁺，反應的離子方程式結(jié)合電荷守恒原子守恒配平寫出為：FeTiO₃+4H⁺=Fe²⁺+TiO²⁺+2H₂O；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：FeTiO₃+4H⁺=Fe²⁺+TiO²⁺+2H₂O；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，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；
故答案為：過濾；促使TiO²⁺水解平衡正向移動；
（4）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；
（5）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↑；

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．