Question

12．工业上，以钛铁矿为原料制备二氧化钛的工艺流程如图1所示．钛铁矿主要成分为钛酸亚铁（FeTiO₃），其中一部分Fe²⁺在风化过程中会转化为+3价．

已知：TiO（OH）₂（即H₂TiO₃）为两性氢氧化物
（1）步骤②中，发生反应的主要离子方程式为2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺．
（2）步骤③中，实现混合物的分离是利用物质的B（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，均需用到的操作是过滤（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：溶液中存在平衡：TiO²⁺+2H₂O?H₂TiO₃+2H⁺，当加入热水将溶液稀释、升温后，平衡正向移动，生成H₂TiO₃．
（5）上述工艺流程中可以循环利用的物质是H₂SO₄或硫酸．
（6）研究发现，可以用石墨作阳极、铁网作阴极、熔触CaF₂-CaO作电解质，利用图2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2O^2--4e^-=O₂↑或C+O^2--2e^-=CO↑．
②在制备金属Ti前后，CaO的质量将不变（填“增大”、“不变”或“减小”）

Answer 1

分析 （1）由流程可知：铁粉将Fe³⁺转化为Fe²⁺；
（2）溶液中析出晶体是利用物质溶解度的不同得到；
（3）②③④都是从溶液中得到固体的分离过程，需要用过滤装置；
（4）依据溶液中存在平衡：TiO²⁺+2H₂O?H₂TiO₃+2H⁺，平衡影响因素和平衡移动原理分析判断；
（5）流程中生成了硫酸，可循环使用；
（6）①依据装置图分析判断，阳极生成一氧化碳气体，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一氧化碳；
②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$\frac{\underline{\;一定条件\;}}{\;}$Ti+2CaO，由此可见，CaO的量不变．

解答 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⁺；
故答案为：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；
故答案为：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；
故答案为：过滤；
（4）步骤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⁺+2H₂O?H₂TiO₃+2H⁺，当加入热水稀释、升温后，平衡正向移动，生成H₂TiO₃；
故答案为：溶液中存在平衡：TiO²⁺+2H₂O?H₂TiO₃+2H⁺，当加入热水将溶液稀释、升温后，平衡正向移动，生成H₂TiO₃；
（5）流程中生成了硫酸，步骤①中使用硫酸，可循环使用；
故答案为：H₂SO₄或硫酸；
（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，阳极生成一氧化碳气体，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一氧化碳，所以电极反应为：2O^2--4e^-=O₂↑，或C+O^2--4e^-=CO↑；
故答案为：2O^2--4e^-=O₂↑或C+O^2--2e^-=CO↑；
②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$\frac{\underline{\;一定条件\;}}{\;}$Ti+2CaO，由此可见，CaO的量不变；
故答案为：不变．

点评 本题考查了物质制备流程分析判断，为高考常见题型，综合考查实验基本操作，离子方程式的书写等，考查学生对所学知识的综合应用能力，注意物质分离的流程分析判断，物质性质的应用，题目难度中等．