Question

【題目】工業(yè)上以鈦鐵礦[主要成分為鈦酸亞鐵(FeTiO3)，含有MgO、SiO2 等雜質(zhì)]為原料，制備金屬鈦和鐵紅的工藝流程如下：已知：①酸溶時，FeTiO3轉(zhuǎn)化為Fe2+和TiO2+；②本實驗溫度下，Ksp[Mg(OH)2]= 1.0×10-11；請回答下列問題：

(1)FeTiO3中Ti元素的化合價為_______價。鐵紅的用途為________________(任寫一種)。

(2)“水解”中，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為____________________________________________。

(3)“沉鐵”中，氣態(tài)產(chǎn)物的電子式為_________；該過程需控制反應(yīng)溫度低于35℃，原因為_____________。

(4)FeCO3轉(zhuǎn)化為鐵紅時，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________________________________。

(5)濾液3可用于制備Mg(OH)2。若濾液3 中c(Mg2+)=1.2×10-4 mol·L-1，向其中加入等濃度等體積的NaOH溶液時，通過計算說明有無沉淀生成______________________________(溶液體積近似疊加)。

(6)電解生產(chǎn)鈦時用TiO2和石墨做電極，電解質(zhì)為熔融的CaO，則陰極反應(yīng)式為__________________。

Answer 1

【答案】＋4 制備紅色顏料和油漆、冶煉鐵等 TiO2＋＋2H2O＝H2TiO3↓＋2H＋[或TiO2＋＋2H2O＝TiO(OH)2＋2H＋] 防止NH4HCO3分解(或減少Fe2＋的水解) 4FeCO3+O2=2Fe2O3+4CO2 Q=2.16×10-13< 1.0×10-11，故沒有沉淀 TiO2+4e-=Ti+2O2-

【解析】

（1）FeTiO3中鐵和氧的化合價分別為+2和-2，判斷Ti元素的化合價；鐵紅的用途為制備紅色顏料和油漆、冶煉鐵等；

(2)酸溶時，FeTiO3轉(zhuǎn)化為Fe2+和TiO2+；TiO2+水解生成H2TiO3沉淀，據(jù)此寫出離子方程式；

(3) “沉鐵”中，亞鐵離子與碳酸氫根離子發(fā)生反應(yīng)生成碳酸亞鐵沉淀和二氧化碳；該過程需控制反應(yīng)溫度低于35℃，溫度過高 NH4HCO3會分解，而且會促進(jìn)亞鐵離子的水解；

(4) FeCO3在氧氣中加熱生成氧化鐵和二氧化碳，據(jù)此寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式；

(5) 根據(jù)該反應(yīng)的濃度商QC與 Ksp[Mg(OH)2]之間關(guān)系判斷反應(yīng)是否有沉淀生成；

(6)電解池中，TiO2在陰極發(fā)生還原反應(yīng)生成鈦，熔融的CaO為電解質(zhì)，據(jù)此寫出陰極反應(yīng)。

（1）FeTiO3中鐵和氧的化合價分別為+2和-2，所以Ti元素的化合價為+4價；鐵紅的用途為制備紅色顏料和油漆、冶煉鐵等；綜上所述，本題答案是：＋4； 制備紅色顏料和油漆、冶煉鐵等。

(2) 酸溶時，FeTiO3轉(zhuǎn)化為Fe2+和TiO2+；TiO2+水解生成H2TiO3沉淀；離子方程式為：TiO2＋＋2H2O＝H2TiO3↓＋2H＋[或TiO2＋＋2H2O＝TiO(OH)2＋2H＋]；綜上所述，本題答案是：TiO2＋＋2H2O＝H2TiO3↓＋2H＋[或TiO2＋＋2H2O＝TiO(OH)2＋2H＋]。

(3) “沉鐵”中，亞鐵離子與碳酸氫根離子發(fā)生反應(yīng)生成碳酸亞鐵沉淀和二氧化碳，二氧化碳為共價化合物，電子式為：；該過程需控制反應(yīng)溫度低于35℃，溫度過高 NH4HCO3會分解，而且會促進(jìn)亞鐵離子的水解，所以控制反應(yīng)溫度低于35℃是為了防止 NH4HCO3分解（或減少Fe2+的水解；綜上所述。本題答案是： ；防止NH4HCO3分解(或減少Fe2＋的水解) 。

(4) FeCO3在氧氣中加熱生成氧化鐵和二氧化碳，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：4FeCO3+O2=2Fe2O3+4CO2；綜上所述，本題答案是：4FeCO3+O2=2Fe2O3+4CO2。

(5) 若濾液3中c(Mg2+)=1.2×10-4 mol·L-1，則NaOH溶液的濃度為1.2×10-4 mol·L-1，而溶液等體積混合，所以c(Mg2+)=c(OH-)=0.6×10-4 mol·L-1，該反應(yīng)的濃度商QC= c(Mg2+)×c2(OH-)=2.16×10-13< Ksp[Mg(OH)2]= 1.0×10-11；所以沒有沉淀生成；綜上所述，本題答案是：Q=2.16×10-13< 1.0×10-11，故沒有沉淀。

(6)電解池中，TiO2在陰極發(fā)生還原反應(yīng)生成鈦，熔融的CaO為電解質(zhì)，陰極反應(yīng)式為TiO2+4e-=Ti+2O2-；綜上所述，本題答案是：TiO2+4e-=Ti+2O2-。