Question

1．钛合金是航天航空工业的重要材料．由钛铁矿（主要成分为钛酸亚铁，化学式为FeTiO₃）制备Ti等产品的一种工艺流程示意图如下：

已知：①TiO²⁺易水解，只能存在于强酸性溶液中．
②常温下，难溶电解质溶解度与pH关系图．

③25℃时TiO（OH）₂溶度积K_sp=1×10^-29
回答下列问题：
（1）写出钛铁矿酸浸时，反应的离子方程式FeTiO₃+4H⁺=TiO²⁺+Fe²⁺+2H₂O．
（2）操作Ⅱ包含的具体操作方法有蒸发浓缩、冷却结晶，过滤．
（3）向“富含TiO²⁺溶液”中加入Na₂CO₃粉末的作用是调节溶液pH，促进TiO²⁺水解，TiO²⁺水解的离子方程式为TiO²⁺+2H₂O?TiO（OH）₂+2H⁺，当溶液pH=2时，TiO（OH）₂已沉淀完全．
（4）加入铁屑将Fe³⁺转化为Fe²⁺的原因是避免使Fe³⁺和TiO²⁺共沉淀．

Answer 1

分析 钛铁矿中加入硫酸，溶解后，操作I为过滤，强酸性浸出液中含有TiO²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Al³⁺等，加入铁屑此时溶液呈强酸性，该过程中有如下反应发生：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺、Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，蒸发浓缩、冷却结晶得到FeSO₄.7H₂O，过滤分离出含有TiO²⁺溶液，操作II含蒸发浓缩、冷却结晶，过滤，加碳酸钠调节pH＜3，得到TiO（OH）₂，TiO（OH）₂分解得到粗TiO₂，然后发生TiO₂+2C+2Cl₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$TiCl₄+2CO，Mg与TiCl₄发生置换反应生成Ti，以此来解答．

解答 解：（1）钛铁矿酸浸时，反应的离子方程式为FeTiO₃+4H⁺=TiO²⁺+Fe²⁺+2H₂O，
故答案为：FeTiO₃+4H⁺=TiO²⁺+Fe²⁺+2H₂O；
（2）操作Ⅱ包含的具体操作方法有蒸发浓缩、冷却结晶，过滤，
故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶，过滤；
（3）向“富含TiO²⁺溶液”中加入Na₂CO₃粉末的作用是调节溶液pH，促进TiO²⁺水解，TiO²⁺水解的离子方程式为TiO²⁺+2H₂O?TiO（OH）₂+2H⁺，25℃时TiO（OH）₂溶度积K_sp=1×10^-29，TiO²⁺沉淀完全时c（OH^-）=$\sqrt{\frac{1×1{0}^{-29}}{1×1{0}^{-5}}}$=10^-12mol/L，即c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-12}}$mol/L=0.01mol/L，可知当溶液pH=2时，TiO（OH）₂已沉淀完全，
故答案为：调节溶液pH，促进TiO²⁺水解；TiO²⁺+2H₂O?TiO（OH）₂+2H⁺；2；
（4）加入铁屑将Fe³⁺转化为Fe²⁺的原因是避免使Fe³⁺和TiO²⁺共沉淀，故答案为：避免使Fe³⁺和TiO²⁺共沉淀．

点评 本题考查物质的制备实验及混合物分离提纯，为高频考点，把握物质的性质、流程中发生的反应、混合物分离提纯方法为解答的关键，侧重分析与实验能力的考查，注意元素化合物知识与实验的结合，题目难度不大．