Question

【题目】工业上，以钛铁矿为原料制备二氧化钛的工艺流程如下图所示。钛铁矿主要成分为钛酸亚铁( FeTiO3)，其中一部分Fe2+在风化过程中会转化为+3价。

已知：TiO(OH)2(即H2TiO3)为两性氢氧化物

(1)步骤②中，发生主要反应的离子方程式为__________。

(2)步骤③中，实现混合物的分离是利用物质的__________填字母序号)。

A.熔沸点差异 B.溶解性差异 C.氧化性、还原性差异

(3)步骤②、③、④中，均需用到的操作是__________(填操作名称)。

(4)请结合化学用语，用化学平衡理论解释步骤④中将TiO2+转化为H2TiO3的原理：__________。

(5)上述工艺流程中可以循环利用的物质是__________

(6)研究发现，可以用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF2-CaO作电解质，利用如图所示装置获得金属钙，并以钙为还原剂，还原二氧化钛制备金属钛。

①写出阳极所发生反应的电极反应式__________。

②在制备金属Ti前后，CaO的质量将__________(填“增大”、“不变”或“减小”)。

Answer 1

【答案】2Fe3+ + Fe= 3Fe2+ B 过滤 溶液中存在平衡：TiO2+ + 2H2OH2TiO3+ 2H+，当加入热水稀释、升温后，平衡正向移动，生成H2TiO3 H2SO4或硫酸 202--4e=O2↑或C+O2--4e- = CO↑ 不变

【解析】

（1）步骤②中，用铁粉将Fe3+转化为Fe2+。

（2）溶液中析出晶体是利用物质溶解度的不同得到的。

（3）②③④步骤的操作过程中都得到沉淀或晶体，所以需要过滤得到固体和溶液。

（4）根据溶液中存在平衡：TiO2+ + 2H2OH2TiO3+ 2H+来解答。

（5）流程中生成了硫酸，可循环使用。

（6）①阳极图示产物可知，阳极生成一氧化碳气体，是电解质中的氧离子失电子生成氧气，氧气和阳极石墨反应生成的一氧化碳。

②制备TiO2 时，在电解槽发生如下反应：阴极: 2Ca2+ +4e—=2Ca 阳极：202--4e-= O2↑，钙再还原二氧化钛生成钛：

2Ca+TiO2 = Ti+2CaO。

（1）步骤②中，用铁粉将Fe3+转化为Fe2+的反应的离子方程式为2Fe3+ + Fe= 3Fe2+，

故答案为：2Fe3+ + Fe= 3Fe2+。

（2）步骤③冷却结晶得到硫酸亚铁晶体，利用的是物质溶解度的不同，通过冷却热饱和溶

液得到；故答案为B。

（3）②③④步骤的操作过程中都得到沉淀或晶体，所以需要过滤得到固体和溶液，故答案为：过滤。

（4）步骤④中使用热水的目的是促进TiO2+水解生成H2TiO3，分离出固体加热得到TiO2；溶液中存在平衡：TiO2+ + 2H2OH2TiO3+ 2H+，当加入热水稀释、升温后，平衡正向移动，生成H2TiO3；故答案为：溶液中存在平衡：TiO2+ + 2H2OH2TiO3+ 2H+，当加入热水稀释、升温后，平衡正向移动，生成H2TiO3。

（5）流程中生成了硫酸，步骤①中使用硫酸，可循环使用，故答案为：H2SO4或硫酸。

（6）①用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF2 - CaO作电解质,阳极发生氧化反应，阴极析出钙、发生还原反应，由阳极图示产物可知，阳极生成一氧化碳气体，是电解质中的氧离子失电子生成氧气，氧气和阳极石墨反应生成的一氧化碳,所以电极反应为：202--4e=O2↑，或C+O2--4e- = CO↑，故答案为：202--4e=O2↑或C+O2--4e- = CO↑。

②制备TiO2 时，在电解槽发生如下反应：阴极: 2Ca2+ +4e—=2Ca 阳极：202--4e-= O2↑，钙再还原二氧化钛生成钛：

2Ca+TiO2 = Ti+2CaO，由此可见，CaO 的量不变，故答案为:不变。