题目内容
【题目】二十一世纪钛将成为铁、铝之后的第三大金属,工业上以钛铁矿为原料制备二氧化钛及钛的工艺流程如下图所示,钛铁矿的主要成分为钛酸亚铁(FeTiO3),其中一部分铁元素在风化过程中会转化为+3价,FeTiO3溶于酸后Ti元素以TiO2+存在,TiOSO4遇水可水解。
请根据以上信息回答下列问题:
(1)②中加入铁粉的目的是__________;
(2)③中混合物分离的依据是________(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)②、③、④中均需要进行的操作是________(填操作名称)。
(4)写出④的离子方程式:_______________;该过程在热水中操作的目的是_________
(5)利用生产过程中的废液与软锰矿(主要成分为MnO2)反应可生产硫酸锰(MnSO4,易溶于水),该反应的离子方程式为_______________。
(6)科学家从电解冶炼铝的工艺得到启发.找出了冶炼钛的新工艺。
①直接电解固体TiO2法生产钛,原理如图所示,则阴极获得钛的电极反应为_____________。
②电解一段时间后,需要更换石墨电极,原因是_____________。
【答案】(1)除去Fe3+;(2)b(3)过滤
(4)TiO2++2H2OH2TiO3+2H+;由于水解反应吸热,升高温度有利于水解平衡向正反应方向移动,提高H2TiO3的产率(5)MnO2+2Fe2++4H+===Mn2++2Fe3++2H2O(6)①TiO2+4e-=Ti+2O2-;②O2--2e-+C=CO
【解析】
试题分析:流程分析:第①步加酸溶解生成TiO2+和Fe2+,第②步加铁粉还原Fe3+,过滤除去滤渣,第③步冷却结晶,过滤得到FeSO47H2O和含有TiO2+的溶液;第④步调节PH,使TiO2+水解生成Ti(OH)4,过滤得到Ti(OH)4;第⑤步Ti(OH)4受热分解生成化生成TiO2,最后电解TiO2得到钛。
(1)②中加入铁粉的主要目的是将Fe3+转化为Fe2+并防止Fe2+被氧化,故答案为:除去Fe3+;
(2)步骤③中,利用绿矾与TiOSO4的溶解性的差异实现混合物的分离,把混合物的溶液冷却结晶得到绿矾固体,故答案为:b;
(3)步骤②、③、④中均为分离固液混合物的操作,则操作为过滤;故答案为:过滤;
(4)步骤④的离子方程式为TiO2++2H2OH2TiO3+2H+;由于水解反应吸热,升高温度有利于水解平衡向正反应方向移动,提高H2TiO3的产率,因此该过程在热水中进行,故答案为:TiO2++2H2O
H2TiO3+2H+;由于水解反应吸热,升高温度有利于水解平衡向正反应方向移动,提高H2TiO3的产率;
(5)生产过程中的废液含有Fe2+,与MnO2发生氧化还原反应生成硫酸锰,其反应的离子方程式为:MnO2+2Fe2++4H+═Mn2++2Fe3++2H2O,故答案为:MnO2+2Fe2++4H+═Mn2++2Fe3++2H2O;
(6)①电解时,阴极上得电子发生还原反应,所以二氧化钛得电子生成钛和氧离子,和电源负极相连,电极反应式为TiO2+4e-=Ti+2O2-;故答案为:TiO2+4e-=Ti+2O2-;
②电解一段时间后,生成的氧气会与石墨电极反应生成CO,O2--2e-+C=CO,需要及时更换石墨电极,故答案为:O2--2e-+C=CO。
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