Question

金属钛（Ti）性能优越，被称为继铁、铝之后的“第三金属”。工业上以钛铁矿（主要成分FeTiO3，含FeO、Al2O3、SiO2等杂质）为主要原料冶炼金属钛，其生产的工艺流程图如下：

已知：2H2SO4(浓)+ FeTiO3＝TiOSO4 + FeSO4 + 2H2O

(1)步骤I中发生反应的离子方程式：                  、                   。

(2)已知：TiO2＋易水解，只能存在于强酸性溶液中。

        25 ℃时，难溶电解质溶解度与pH关系如右图，

TiO(OH)2溶度积Ksp＝1×10－29

①步骤Ⅲ加入铁屑原因是           　         。

② TiO2＋水解的离子方程式为                  。

  向溶液II中加入Na2CO3粉末的作用是        。

当溶液pH=       时，TiO(OH)2已沉淀完全。

(3)TiCl4→Ti反应后得到Mg、MgCl2、Ti的混合物，可采用真空蒸馏的方法分离得到Ti，依据下表信息，需加热的温度略高于        ℃即可。

	TiCl4	Mg	MgCl2	Ti
熔点/℃	－25.0	648.8	714	1667
沸点/℃	136.4	1090	1412	3287

(4)电解TiO2制备钛的方法如右图所示。该方法由于具备生产过程简化、生产成本低、产品质量高、环境友好等诸多优点而引人注目。已知TiO2熔融状态下不发生电离，电解时阴极反应式为        。

Answer 1

【知识点】无机反应、沉淀溶解平衡计算、除杂方法、电解原理

【答案解析】(1)Al2O3+2OH－=2AlO2－+H2O（或Al2O3+2OH－+3H2O=2[Al(OH)4]－）（2分）

SiO2+2OH－=SiO32－+H2O（2分）

(2)①将Fe3+转化为Fe2+，防止Fe3+与TiO2+同时生成沉淀（2分）

   ②TiO2++2H2OTiO(OH)2+2H+  （2分）    

调节溶液pH值，促进TiO2+水解 （1分）     2（2分）

    (3)1412  （1分）

(4)TiO2+4e－=Ti+2O2－（2分）

  解析：(1)步骤I加入浓氢氧化钠后，只有Al2O3和SiO2发生反应：Al2O3+2OH－=2AlO2－+H2O（或Al2O3+2OH－+3H2O=2[Al(OH)4]－），SiO2+2OH－=SiO32－+H2O

（2）①根据溶解度曲线，Fe3+和TiO2+沉淀的PH差不多，步骤Ⅲ加入铁屑将Fe3+转化为Fe2+，防止Fe3+与TiO2+同时生成沉淀；② 由沉淀的化学式写出TiO2＋水解的离子方程式为：TiO2++2H2OTiO(OH)2+2H+；向溶液II中加入Na2CO3粉末的作用是调节溶液pH值，促进TiO2+水解，利于TiO2+向沉淀方向移动；溶液中的离子浓度小于10-5mol/L时，认为基本沉淀完全，根据TiO(OH)2溶度积Ksp=C(TiO2+)·C2(OH-)=1×10－29，求算溶液中的C(OH-)=10-12mol/L,PH=2；

（3）加热的温度略高于1412℃即可将Mg、MgCl2蒸馏出去，剩余Ti；

（4）电解TiO2制备钛，+4价钛在阴极得电子生成钛单质，TiO2熔融状态下不发生电离，所以，阴极的电极反应式为：TiO2+4e－=Ti+2O2－

【思路点拨】本题以制钛为工艺流程考查常见离子的除杂、转化、平衡移动等，综合性较强，考查学生的综合分析能力，难度中等。