Question

【题目】工业上以钛铁矿[主要成分为钛酸亚铁(FeTiO3)，含有MgO、SiO2 等杂质]为原料，制备金属钛和铁红的工艺流程如下：已知：①酸溶时，FeTiO3转化为Fe2+和TiO2+；②本实验温度下，Ksp[Mg(OH)2]= 1.0×10-11；请回答下列问题：

(1)FeTiO3中Ti元素的化合价为_______价。铁红的用途为________________(任写一种)。

(2)“水解”中，发生反应的离子方程式为____________________________________________。

(3)“沉铁”中，气态产物的电子式为_________；该过程需控制反应温度低于35℃，原因为_____________。

(4)FeCO3转化为铁红时，发生反应的化学方程式为________________________________________。

(5)滤液3可用于制备Mg(OH)2。若滤液3 中c(Mg2+)=1.2×10-4 mol·L-1，向其中加入等浓度等体积的NaOH溶液时，通过计算说明有无沉淀生成______________________________(溶液体积近似叠加)。

(6)电解生产钛时用TiO2和石墨做电极，电解质为熔融的CaO，则阴极反应式为__________________。

Answer 1

【答案】＋4 制备红色颜料和油漆、冶炼铁等 TiO2＋＋2H2O＝H2TiO3↓＋2H＋[或TiO2＋＋2H2O＝TiO(OH)2＋2H＋] 防止NH4HCO3分解(或减少Fe2＋的水解) 4FeCO3+O2=2Fe2O3+4CO2 Q=2.16×10-13< 1.0×10-11，故没有沉淀 TiO2+4e-=Ti+2O2-

【解析】

（1）FeTiO3中铁和氧的化合价分别为+2和-2，判断Ti元素的化合价；铁红的用途为制备红色颜料和油漆、冶炼铁等；

(2)酸溶时，FeTiO3转化为Fe2+和TiO2+；TiO2+水解生成H2TiO3沉淀，据此写出离子方程式；

(3) “沉铁”中，亚铁离子与碳酸氢根离子发生反应生成碳酸亚铁沉淀和二氧化碳；该过程需控制反应温度低于35℃，温度过高 NH4HCO3会分解，而且会促进亚铁离子的水解；

(4) FeCO3在氧气中加热生成氧化铁和二氧化碳，据此写出反应的化学方程式；

(5) 根据该反应的浓度商QC与 Ksp[Mg(OH)2]之间关系判断反应是否有沉淀生成；

(6)电解池中，TiO2在阴极发生还原反应生成钛，熔融的CaO为电解质，据此写出阴极反应。

（1）FeTiO3中铁和氧的化合价分别为+2和-2，所以Ti元素的化合价为+4价；铁红的用途为制备红色颜料和油漆、冶炼铁等；综上所述，本题答案是：＋4； 制备红色颜料和油漆、冶炼铁等。

(2) 酸溶时，FeTiO3转化为Fe2+和TiO2+；TiO2+水解生成H2TiO3沉淀；离子方程式为：TiO2＋＋2H2O＝H2TiO3↓＋2H＋[或TiO2＋＋2H2O＝TiO(OH)2＋2H＋]；综上所述，本题答案是：TiO2＋＋2H2O＝H2TiO3↓＋2H＋[或TiO2＋＋2H2O＝TiO(OH)2＋2H＋]。

(3) “沉铁”中，亚铁离子与碳酸氢根离子发生反应生成碳酸亚铁沉淀和二氧化碳，二氧化碳为共价化合物，电子式为：；该过程需控制反应温度低于35℃，温度过高 NH4HCO3会分解，而且会促进亚铁离子的水解，所以控制反应温度低于35℃是为了防止 NH4HCO3分解（或减少Fe2+的水解；综上所述。本题答案是： ；防止NH4HCO3分解(或减少Fe2＋的水解) 。

(4) FeCO3在氧气中加热生成氧化铁和二氧化碳，反应的化学方程式为：4FeCO3+O2=2Fe2O3+4CO2；综上所述，本题答案是：4FeCO3+O2=2Fe2O3+4CO2。

(5) 若滤液3中c(Mg2+)=1.2×10-4 mol·L-1，则NaOH溶液的浓度为1.2×10-4 mol·L-1，而溶液等体积混合，所以c(Mg2+)=c(OH-)=0.6×10-4 mol·L-1，该反应的浓度商QC= c(Mg2+)×c2(OH-)=2.16×10-13< Ksp[Mg(OH)2]= 1.0×10-11；所以没有沉淀生成；综上所述，本题答案是：Q=2.16×10-13< 1.0×10-11，故没有沉淀。

(6)电解池中，TiO2在阴极发生还原反应生成钛，熔融的CaO为电解质，阴极反应式为TiO2+4e-=Ti+2O2-；综上所述，本题答案是：TiO2+4e-=Ti+2O2-。