Question

【題目】二十一世紀(jì)鈦將成為鐵、鋁之后的第三大金屬，工業(yè)上以鈦鐵礦為原料制備二氧化鈦及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(fēng)化過程中會(huì)轉(zhuǎn)化為＋3價(jià)，FeTiO3溶于酸后Ti元素以TiO2+存在，TiOSO4遇水可水解。

請(qǐng)根據(jù)以上信息回答下列問題：

（1）②中加入鐵粉的目的是__________；

（2）③中混合物分離的依據(jù)是________(填字母序號(hào))。

a．熔、沸點(diǎn)差異 b．溶解性差異 c．氧化性、還原性差異

（3）②、③、④中均需要進(jìn)行的操作是________(填操作名稱)。

（4）寫出④的離子方程式：_______________；該過程在熱水中操作的目的是_________

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

（6）科學(xué)家從電解冶煉鋁的工藝得到啟發(fā).找出了冶煉鈦的新工藝。

①直接電解固體TiO2法生產(chǎn)鈦，原理如圖所示，則陰極獲得鈦的電極反應(yīng)為_____________。

②電解一段時(shí)間后，需要更換石墨電極，原因是_____________。

Answer 1

【答案】（1）除去Fe3＋；（2）b（3）過濾

（4）TiO2＋＋2H2OH2TiO3＋2H＋；由于水解反應(yīng)吸熱，升高溫度有利于水解平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，提高H2TiO3的產(chǎn)率（5）MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O（6）①TiO2+4e-=Ti+2O2-；②O2--2e-+C=CO

【解析】

試題分析：流程分析：第①步加酸溶解生成TiO2+和Fe2+，第②步加鐵粉還原Fe3+，過濾除去濾渣，第③步冷卻結(jié)晶，過濾得到FeSO47H2O和含有TiO2+的溶液；第④步調(diào)節(jié)PH，使TiO2+水解生成Ti(OH)4，過濾得到Ti(OH)4；第⑤步Ti(OH)4受熱分解生成化生成TiO2，最后電解TiO2得到鈦。

（1）②中加入鐵粉的主要目的是將Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe2+并防止Fe2+被氧化，故答案為：除去Fe3＋；

（2）步驟③中，利用綠礬與TiOSO4的溶解性的差異實(shí)現(xiàn)混合物的分離，把混合物的溶液冷卻結(jié)晶得到綠礬固體，故答案為：b；

（3）步驟②、③、④中均為分離固液混合物的操作，則操作為過濾；故答案為：過濾；

（4）步驟④的離子方程式為TiO2＋＋2H2OH2TiO3＋2H＋；由于水解反應(yīng)吸熱，升高溫度有利于水解平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，提高H2TiO3的產(chǎn)率，因此該過程在熱水中進(jìn)行，故答案為：TiO2＋＋2H2OH2TiO3＋2H＋；由于水解反應(yīng)吸熱，升高溫度有利于水解平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，提高H2TiO3的產(chǎn)率；

（5）生產(chǎn)過程中的廢液含有Fe2+，與MnO2發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硫酸錳，其反應(yīng)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電解時(shí)，陰極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，所以二氧化鈦得電子生成鈦和氧離子，和電源負(fù)極相連，電極反應(yīng)式為TiO2+4e-=Ti+2O2-；故答案為：TiO2+4e-=Ti+2O2-；

②電解一段時(shí)間后，生成的氧氣會(huì)與石墨電極反應(yīng)生成CO，O2--2e-+C=CO，需要及時(shí)更換石墨電極，故答案為：O2--2e-+C=CO。