Question

【題目】金屬鈦性能優(yōu)越，被稱為繼鐵、鋁之后的“第三金屬”。鈦鐵礦(主要成分為FeTiO3，含少量Fe2O3、SiO2等雜質(zhì))可用來制備TiO2，同時得到副產(chǎn)品綠礬(FeSO4·7H2O)，工藝流程如圖所示：

己知：①FeTiO3+2H2SO4=FeSO4+TiOSO4+2H2O

②TiO2+易水解，只能存在于強酸性溶液中

（1）酸浸I中Fe2O3與稀硫酸反應(yīng)的離子方程式：_____。

（2）過程II中加入適量鐵屑的目的是____。

（3）分離III中步驟②得到綠礬的操作是_____。

（4）由濾液IV提取TiO2的過程如下：

①請用化學(xué)平衡移動原理解釋濾液加熱煮沸的目的：______。

②由2Mg+TiCl4→Ti+2MgCl2反應(yīng)后得到Mg、MgCl2、Ti的混合物，可采用真空蒸餾的方法分離得到Ti，依據(jù)如表信息，需加熱的溫度略高于___℃即可。

③電解TiO2制備鈦的方法如圖所示。該方法由于具備生產(chǎn)過程簡化、生產(chǎn)成本低、產(chǎn)品質(zhì)量高、環(huán)境友好等諸多優(yōu)點而引人注目。已知TiO2熔融狀態(tài)下不發(fā)生電離，電解時陰極反應(yīng)式為____。

Answer 1

【答案】Fe2O3+6H+= 2Fe3++3H2O 將Fe3+還原為Fe2+ 加熱濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾 該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，溫度升高平衡正向移動，有利于生成Ti(OH)4 1412 TiO2+4e-=Ti+2O2-

【解析】

鈦鐵礦（主要成分為FeTiO3，含少量Fe2O3、SiO2等雜質(zhì)），用硫酸處理，得到強酸性溶液中含有TiOSO4、FeSO4及未反應(yīng)的硫酸等，加入鐵粉目的是將Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe2+，防止Fe3+與TiO2+同時生成沉淀，溶液中主要含有Fe2+、TiO2+及硫酸根，經(jīng)加熱濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾得到綠礬與溶液Ⅳ，溶液Ⅳ中含有TiOSO4，可調(diào)節(jié)pH生成TiO（OH）2沉淀，最后加熱分解生成TiO2，以此解答該題。

（1）酸浸 I中Fe2O3與稀硫酸反應(yīng)的離子方程式為Fe2O3+6H+═2Fe3++3H2O，

故答案為：Fe2O3+6H+═2Fe3++3H2O；

（2）由以上分析可知過程 II中加入適量鐵屑的目的是將Fe3+還原為Fe2+，

故答案為：將Fe3+還原為Fe2+；

（3）由溶液得到綠礬晶體，應(yīng)進行加熱濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾，故答案為：加熱濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾；

（4）①濾液Ⅳ中含有TiOSO4，水解呈酸性，發(fā)生TiO2++3H2OTi（OH）4+2H+，水解反應(yīng)為吸熱過程溫度升高平衡正向移動，有利于生成Ti（OH）4，

故答案為：該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，溫度升高平衡正向移動，有利于生成Ti（OH）4；

②由O2-離子移動方向可知通入氫氣的一極為陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)生成水，電極方程式為H2-2e-+O2-═H2O，

故答案為：H2-2e-+O2-═H2O。

②由表格中的數(shù)據(jù)可得，Ti的熔點高于Mg、MgCl2，當溫度高于1412℃，Mg、MgCl2都形成蒸汽的形式，可與金屬鈦分離；

答案為：1412。

③電解時陰極發(fā)生還原反應(yīng)，因為TiO2熔融狀態(tài)下不發(fā)生電離，所以是TiO2得電子生成Ti單質(zhì)和O2，電極反應(yīng)式為TiO2+4e=Ti+2O2，

故答案為：TiO2+4e=Ti+2O2。。