Question

(12分) 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，均需用到操作是               （填操作名称）。

（4）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），则反应的离子方程式为                                                。

（5）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分)（2）b  (1分)（3）过滤(1分)

（4）MnO₂ + 2Fe²⁺ + 4H⁺ = Mn²⁺ + 2Fe³⁺ + 2H₂O(2分)

（5）① 2O^2- - 4e^- = O₂↑或 C + 2O^2- - 4e^- = CO₂↑(2分)

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：2O^2- - 4e^- = O₂↑

2Ca + TiO₂ = Ti + 2CaO，由此可见，CaO的量不变。(2分)

【解析】（1）铁离子能把铁单质氧化生成亚铁离子，方程式为2Fe³⁺ + Fe =3Fe²⁺  。

（2）冷却结晶，有固体析出，因此是利用了物质溶解性的差异，答案选b。

（3）根据流程图可知，三次实验中均产生不溶性物质，所以都需要过滤。

（4）二氧化锰具有氧化性，能氧化废液中的亚铁离子，方程式为MnO₂ + 2Fe²⁺ + 4H⁺ = Mn²⁺ + 2Fe³⁺ + 2H₂O。

（5）①电解池中阳极失去电子，所以根据熔融体中的离子可知，应该是氧离子失去电子，即 2O^2- - 4e^- = O₂↑或 C + 2O^2- - 4e^- = CO₂↑。

②由于制备TiO₂时，在电解槽发生如下反应：2CaO 2Ca + O₂↑，  2Ca + TiO₂ =Ti + 2CaO，所以CaO的量不变。