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，难溶于水），其中一部分铁元素在风化过程中会转化为+3价。

已知：TiOSO4遇水会水解。

（1）步骤①中，钛酸亚铁与硫酸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④的操作是_______________（填操作名称）。

（4）步骤④中将TiO2+转化为H2TiO3的原理TiO2++2H2O H2TiO3+ 2H+，该反应的△H_______0（填＞或＜）；加水稀释，平衡_________（填“正向”、“逆向”或“不”）移动。

（5）可以利用生产过程中的废液与软锰矿（主要成分为MnO2）反应生产硫酸锰（MnSO4，易溶于水），该反应的离子方程式为__________________________。

（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。在制备金属钛前后，CaO的总量不变，其原因是（请用化学方程式解释）______________________________。

Answer 1

【答案】 FeTiO3 + 4H＋ = Fe2+ + TiO2++2H2O b 过滤 ＞ 正向 MnO2 + 2Fe2+ + 4H+ === Mn2+ + 2Fe3+ + 2H2O 2CaO === 2Ca + O2↑， 2Ca + TiO2 Ti + 2CaO，或： 阴极：2Ca2+ + 4e- == 2Ca 阳极：2O2- - 4e- == O2↑，2Ca + TiO2 Ti + 2CaO

【解析】本题考查化学工艺流程，（1）根据流程①，以及FeTiO3难溶于水，因此钛酸亚铁与硫酸反应的离子方程式为：FeTiO3 + 4H＋= Fe2＋+ TiO2＋+2H2O；（2）步骤③是冷却结晶，得到FeSO4·7H2O，因此利用的是物质的溶解性差异，故b正确；（3）步骤④在热水中得到沉淀和溶液，因此操作步骤是过滤；（4）步骤④是在热水中进行，相当于升温，平衡向生成H2TiO3方向进行，根据勒夏特列原理，该反应是吸热反应，即△H>0，，加水稀释，离子浓度降低，根据勒夏特列原理，应向正反应方向进行移动；（5）废液中含有Fe2＋，以还原性为主，MnO2作氧化剂，被还原成＋2价Mn，Fe2＋被氧化成Fe3＋，因此有Fe2＋＋MnO2＋→Fe3＋＋Mn2＋，根据化合价升降进行配平，即有MnO2＋2Fe2＋→Mn2＋＋2Fe3＋，根据电荷守恒和原子守恒，因此离子反应方程式为：MnO2 + 2Fe2＋ + 4H＋ = Mn2＋ + 2Fe3＋ + 2H2O；（6）根据电解装置图，在阴极上发生Ca2＋＋2e－=Ca，阳极上发生2O2－－4e－=O2，总反应式为2CaO 2Ca＋O2↑，根据装置图，以及整个过程中CaO的总量不变，说明在装置的右侧产生CaO，即发生的反应是2Ca + TiO2 = Ti + 2CaO。