Question

【题目】工业上，以钛铁矿为原料制备二氧化钛的工艺流程如下图所示．钛铁矿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．
已知：TiOSO4遇水会水解．
（1）步骤②中，用铁粉将Fe3+转化为Fe2+的反应的离子方程式为 ．
（2）步骤③中，实现混合物的分离是利用物质的（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）步骤②、③、④中，均需用到的操作是（填操作名称）．
（4）请结合化学用语用化学平衡理论解释步骤④中将TiO2+转化为H2TiO3的原理： ．
（5）可以利用生产过程中的废液与软锰矿（主要成分为MnO2）反应生产硫酸锰（MnSO4 ， 易溶于水），该反应的离子方程式为 ．
（6）研究发现，可以用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF2﹣CaO作电解质，利用如下图所示装置获得金属钙，并以钙为还原剂，还原二氧化钛制备金属钛．
①写出阳极所发生反应的电极反应式： ．
②在制备金属钛前后，CaO的总量不变，其原因是（请结合化学用语解释） ．

Answer 1

【答案】
（1）2Fe3++Fe═3Fe2+
（2）b
（3）过滤
（4）溶液中存在平衡：TiO2++2H2O?H2TiO3+2H+ ， 当加入热水稀释、升温后，平衡正向移动，生成H2TiO3
（5）MnO2+2Fe2++4H+═Mn2++2Fe3++2H2O
（6）2O2﹣﹣4e﹣═O2↑；制备TiO2时，在电解槽发生如下反应：2CaO═2Ca+O2↑，2Ca+TiO2 Ti+2CaO，由此可见，CaO的量不变
【解析】解：（1）步骤②中，用铁粉将Fe3+转化为Fe2+的反应的离子方程式为：2Fe3++Fe=3Fe2+ ， 所以答案是：2Fe3++Fe═3Fe2+；（2）步骤③冷却结晶得到硫酸亚铁晶体，利用的是物质溶解度的不同，通过冷却热饱和溶液得到，所以答案是：b；（3）②③④步骤的操作过程中都得到沉淀或晶体，所以需要过滤得到固体和溶液，所以答案是：过滤；（4）④中使用热水的目的是促进TiO2+水解生成H2TiO3 ， 分离出固体加热得到TiO2；溶液中存在平衡：TiO2++2H2OH2TiO3+2H+ ， 当加入热水稀释、升温后， 平衡正向移动，生成H2TiO3；
所以答案是：溶液中存在平衡：TiO2++2H2OH2TiO3+2H+ ， 当加入热水稀释、升温后，平衡正向移动，生成H2TiO3 ． （5）利用生产过程中的废液与软锰矿（主要成分为MnO2）反应生产硫酸锰（MnSO4 ， 易溶于水），利用二氧化锰的氧化性氧化亚铁离子为三价铁离子，反应的离子方程式为：MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O；
所以答案是：MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O；（6）①用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF2﹣CaO作电解质，阳极发生氧化反应，阴极析出钙金属发生还原反应，阳极图示产物可可知，阳极生成二氧化碳气体，是电解质中的氧离子失电子生成氧气，氧气和阳极石墨反应生成的二氧化碳，所以电极反应为：2O2﹣﹣4e﹣=O2↑，或C+2O2﹣﹣4e﹣=CO2↑；
所以答案是：2O2﹣﹣4e﹣=O2↑，或C+2O2﹣﹣4e﹣=CO2↑；
②制备TiO2时，在电解槽发生如下反应：2CaO═2Ca+O2↑，2Ca+TiO2 Ti+2CaO，由此可见，CaO的量不变；
或：制备TiO2时，在电解槽发生如下反应：阴极：2Ca2++4e﹣═2Ca 阳极：2O2﹣﹣4e﹣═O2↑；2Ca+TiO2 Ti+2CaO，由此可见，CaO的量不变；
所以答案是：制备TiO2时，在电解槽发生如下反应：2CaO═2Ca+O2↑，2Ca+TiO2 Ti+2CaO，由此可见，CaO的量不变．