Question

【題目】金屬鈦在航天、潛海和醫(yī)療方面應用廣泛。以鈦鐵礦[主要成分為鈦酸亞鐵(FeTiO3),含少量Fe2O3]為原料制備鈦的工藝流程如圖所示。

(1)步驟②、③、④中,均需進行的操作是_____________(填操作名稱)。

(2)濾液1中鈦元素以TiO2+形式存在,步驟①中生成TiO2+的化學方程式為__________,硫酸質(zhì)量分數(shù)對鈦、鐵浸出率的影響如圖所示.據(jù)此判斷,酸浸時所加硫酸的質(zhì)量分數(shù)應為______(填范圍)。.

(3)請結(jié)合離子方程式解釋步驟④中加熱水的原因:__________。

(4)電解法制備Ti的裝置是以石墨為陽極,TiO2為陰極,熔融CaO為電解質(zhì)。Ti在_______(填“陽極”或“陰極”)生成，____(填“能”或“不能”)將熔融CaO換成石灰乳。

(5)以綠礬為原料,可以制備重要工業(yè)原料氧化鐵,基本流程如下:

①綠礬溶液中離子濃度由大到小的順序為__________。

②FeCO3達到沉淀溶解平衡時,室溫下測得溶液的pH為8,c(Fe2+ )=1.0×10-5 mol·L-1。所得FeCO3中_____(填“含”或“不含”)有Fe(OH)2。已知: {Ksp[Fe(OH)2]= 4.9×10-17}

Answer 1

【答案】過濾 FeTiO3+2H2SO4FeSO4+TiOSO4+2H2O 80%~85% TiO2++ 2H2OH2TiO3+2H+，水解反應是吸熱反應，用熱水促進反應向正反應方向進行 陰極 不能 c(SO42-)>c(Fe2+)>c(H+)>c(OH-) 不含

【解析】

鈦鐵礦加酸溶解過濾得到含有TiO2+和Fe3+的濾液，向濾液中加鐵粉還原Fe3+，過濾除去濾渣，對濾液冷卻結(jié)晶，過濾得到FeSO47H2O和含有TiO2+的溶液，加入熱水促進TiO2+水解生成H2TiO3，煅燒H2TiO3生成TiO2，電解可生成Ti，以此解答該題。

(1)根據(jù)分析可知步驟②、③、④中，均需進行的操作是過濾；

(2)反應物為鈦鐵礦，結(jié)合元素守恒可知方程式為FeTiO3+2H2SO4FeSO4+TiOSO4+2H2O；根據(jù)圖像可知硫酸質(zhì)量分數(shù)在80%~85%之間時浸出率最大；

(3)TiO2+在水溶液中發(fā)生水解TiO2++ 2H2OH2TiO3+2H+，水解反應是吸熱反應，用熱水促進反應向正反應方向進行，生成H2TiO3；

(4)由TiO2生成Ti，Ti元素化合價降低發(fā)生還原反應，電解池中陰極得電子發(fā)生還原反應；若換成石灰乳，石灰乳中有水，陰極將產(chǎn)生氫氣，無法得到金屬鈦，所以不能將熔融CaO換成石灰乳；

(5)①綠礬溶液中亞鐵離子會發(fā)生水解使溶液顯酸性，所以溶液中離子濃度由大到小為c(SO42-)>c(Fe2+)>c(H+)>c(OH-)；

②根據(jù)題意，pH為8，則c(OH-)=1×10-6mol/L，因為c(Fe2+)c2(OH-)=1.0×10-5×(1×10-6)2 =1.0×10-17＜Ksp[Fe(OH)2]，故無Fe(OH)2生成。