Question

【題目】工業上，以鈦鐵礦為原料制備二氧化鈦的工藝流程如下圖所示．鈦鐵礦主要成分為鈦酸亞鐵（FeTiO3），其中一部分鐵元素在風化過程中會轉化為+3價．
已知：TiOSO4遇水會水解．
（1）步驟②中，用鐵粉將Fe3+轉化為Fe2+的反應的離子方程式為 ．
（2）步驟③中，實現混合物的分離是利用物質的（填字母序號）． a．熔沸點差異 b．溶解性差異 c．氧化性、還原性差異
（3）步驟②、③、④中，均需用到的操作是（填操作名稱）．
（4）請結合化學用語用化學平衡理論解釋步驟④中將TiO2+轉化為H2TiO3的原理： ．
（5）可以利用生產過程中的廢液與軟錳礦（主要成分為MnO2）反應生產硫酸錳（MnSO4 ， 易溶于水），該反應的離子方程式為 ．
（6）研究發現，可以用石墨作陽極、鈦網作陰極、熔融CaF2﹣CaO作電解質，利用如下圖所示裝置獲得金屬鈣，并以鈣為還原劑，還原二氧化鈦制備金屬鈦．
①寫出陽極所發生反應的電極反應式： ．
②在制備金屬鈦前后，CaO的總量不變，其原因是（請結合化學用語解釋） ．

Answer 1

【答案】
（1）2Fe3++Fe═3Fe2+
（2）b
（3）過濾
（4）溶液中存在平衡：TiO2++2H2O?H2TiO3+2H+ ， 當加入熱水稀釋、升溫后，平衡正向移動，生成H2TiO3
（5）MnO2+2Fe2++4H+═Mn2++2Fe3++2H2O
（6）2O2﹣﹣4e﹣═O2↑；制備TiO2時，在電解槽發生如下反應：2CaO═2Ca+O2↑，2Ca+TiO2 Ti+2CaO，由此可見，CaO的量不變
【解析】解：（1）步驟②中，用鐵粉將Fe3+轉化為Fe2+的反應的離子方程式為：2Fe3++Fe=3Fe2+ ， 所以答案是：2Fe3++Fe═3Fe2+；（2）步驟③冷卻結晶得到硫酸亞鐵晶體，利用的是物質溶解度的不同，通過冷卻熱飽和溶液得到，所以答案是：b；（3）②③④步驟的操作過程中都得到沉淀或晶體，所以需要過濾得到固體和溶液，所以答案是：過濾；（4）④中使用熱水的目的是促進TiO2+水解生成H2TiO3 ， 分離出固體加熱得到TiO2；溶液中存在平衡：TiO2++2H2OH2TiO3+2H+ ， 當加入熱水稀釋、升溫后， 平衡正向移動，生成H2TiO3；
所以答案是：溶液中存在平衡：TiO2++2H2OH2TiO3+2H+ ， 當加入熱水稀釋、升溫后，平衡正向移動，生成H2TiO3 ． （5）利用生產過程中的廢液與軟錳礦（主要成分為MnO2）反應生產硫酸錳（MnSO4 ， 易溶于水），利用二氧化錳的氧化性氧化亞鐵離子為三價鐵離子，反應的離子方程式為：MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O；
所以答案是：MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O；（6）①用石墨作陽極、鈦網作陰極、熔融CaF2﹣CaO作電解質，陽極發生氧化反應，陰極析出鈣金屬發生還原反應，陽極圖示產物可可知，陽極生成二氧化碳氣體，是電解質中的氧離子失電子生成氧氣，氧氣和陽極石墨反應生成的二氧化碳，所以電極反應為：2O2﹣﹣4e﹣=O2↑，或C+2O2﹣﹣4e﹣=CO2↑；
所以答案是：2O2﹣﹣4e﹣=O2↑，或C+2O2﹣﹣4e﹣=CO2↑；
②制備TiO2時，在電解槽發生如下反應：2CaO═2Ca+O2↑，2Ca+TiO2 Ti+2CaO，由此可見，CaO的量不變；
或：制備TiO2時，在電解槽發生如下反應：陰極：2Ca2++4e﹣═2Ca 陽極：2O2﹣﹣4e﹣═O2↑；2Ca+TiO2 Ti+2CaO，由此可見，CaO的量不變；
所以答案是：制備TiO2時，在電解槽發生如下反應：2CaO═2Ca+O2↑，2Ca+TiO2 Ti+2CaO，由此可見，CaO的量不變．